LES ATOMES K-MESIQUES COMME MOYEN D'INVESTIGATION DE LA MATIERE NUCLEAIRE.

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HAL Id: jpa-00214735

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Submitted on 1 Jan 1971

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LES ATOMES K-MESIQUES COMME MOYEN D’INVESTIGATION DE LA MATIERE NUCLEAIRE.

P. Bounin

To cite this version:

P. Bounin. LES ATOMES K-MESIQUES COMME MOYEN D’INVESTIGATION DE LA MATIERE NUCLEAIRE.. Journal de Physique Colloques, 1971, 32 (C5), pp.C5b-303-C5b-307.

�10.1051/jphyscol:19715155�. �jpa-00214735�

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L E S .'\TO:II:S K-XESTnUES CO'CIE EIOY1:N l)'IIIVI:STIGA'L'ION DE LA ?I/\TII:Rli N U C L E A I R E . P. Uounin, C Y R S , Paris et C E R N , Gencve

Nous montrons comment les propriétfs des atomes K-mcsiques (largeur et déplacement énergétique des niveaux) permettent de déduire des informations sur la distrihution de la matière nucléaire dans les noyaux, et plus sur les neutrons.

We sliow Iiow tlie properties of K-mesic atoms (width and energy sliift of the levels) may give informations about the distribution of nuclear matter in nuclei, and more specifically about tlie neutrons.

Il apparaît comme une importante découverte de la pliysique nucléaire à Iiaute énergie que lorsqu'une particule 3 interaction forte orbite près d'un noyau, l'énergie de son niveau présente non seulement un décalage par rapport 3 sa position si seules exis- taient les interactions électromagnétiques, mais aussi un élargissement lié à la rapidité de l'interaction avec le noyau. Tous deux sont décelables avec les techniques expérimentales actuelles et ont déjà été observés avec les mésons T- et K-.

Les résultats obtenus avec les n ont permis une importante étude 111; il est naturel de l'étendre aux atomes K-mésiques, actuellement en cours d'investigation _[2]; nous voulons indiquer ici les avantages spécifiquement apportés par ces derniers pour la connaissance de la structure du noyau, les résultats expérimentaux feront l'objet d'autres publications [3].

Reprenant l'hypothèse qui s'est révelée si fruc- tueuse dans l'étude des atomes T-mésiques, on est conduit à représenter l'interaction entre le méson et la matière nucléaire par un potentiel complexe, dit "optique", qui généralise les résultats obtenus en physique nucléaire. Des considérations théo- riques [ 4 ] 1" iees à la masse élevée du méson K et à

sa forte interaction avec le proton, se produisant principalement à l'état S, conduisent à admettre une expression du potentiel plus simple pour les atomes K-mésiques que n-mésiques; il ne dépendra que de quatre paramètres (au lieu de 6 à 8 dans le cas des T).

Un autre avantage des atomes K-mésiques est que l'orbite la plus proche du noyau, celle dont les caractéristiques donneront le plus de résultats ex- périmentaux, correspond à un nombre quantique princi- pal n plus élevé que pour le niveau équivalent des atomes T-mésiques; les fonctions d'onde étant es- sentiellement celles correspondant _à R = n-1 (orbites circulaires) elles sont proportionnelles

n- 1

à r

,

et il en résulte que les observations seront plus sensibles ce qui se passe près de la surface du noyau.

Repreuant les expressions déjà utilisées [ 4 ] , l'équation relativiste de Schrodinger (équation de Klein-Gordon) s'écrit (fi = c = 1 et = masse réduite)

[

O + (E-v~-v~)~] Y =

i2

^Y ⁽¹⁾

Vc est le potentiel coulombien et V I le potentiel nucléaire que nous écrivons:

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:19715155

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où A. et A i sont des coefficients numériques corn- On remarquera les oscillations de la figure 2, plexes, pn et p les distributions des neutrons et déjà découvertes par M. Krell [6]. Si on admet que

P

des protons dans le noyau, et et

\

les masses le décalage AE peut être déterminé avec une précision du méson et du nucléon. On admet que V 1 est suf- meilleure que 0,l keV, et les largeurs

r

avec des fisamment faible pour que les termes en V: soient précisions de 0,l keV (pour r3d) et 1 eV (pour

rQf)

négligeable dans le développement de (1) et on les deux dernieres figures montrent combien cette résout exactement cette équation. méthode peut se réveler féconde dans la détermination

des paramètres caractérisant la distribution dans le Nous appellerons potentiel standard le potentiel

choisi par [4], à savoir avec : A, = (-1.674 + noyau des nucléons, et plus particulièrement des + i 0.722) fm; A l = (-0.003 + i 0.688) fm. Le pro- neutrons sur lesquels nous n'avons pour le moment gramme construit par M. Krell et T.E.O. Ericson [l], peu d'informations.

puis perfectionné par H. Schmitt, L. Tauscher et Nous remercions les Dr. G. Backenstoss et nous-mêmes fonctionne couramment sur l'ordinateur H. Kocli d'avoir suggéré et guidé cette étude.

Control Data du C E 9 N et donne les valeurs théoriques,

pour un choix donné du potentiel et des distributions Bibliographie de charge, des trois résultats expérimentalement

Cl] M. Krell and T.E.O. Ericson, Nuclear Phys.

g ,

accessibles: Décalage énergique du niveau le plus 521 (1969).

proche du noyau, largeurs de ce niveau et du niveau [2] G. Backenstoss, A. Bamberger, J. Egger,

W.D. Hamilton, H. Koch, U. Lynen, H.G. Ritter immédiatement supérieur. and H. Schmitt, Phys. Letters

32

^{B, 399}

(1970).

A l'heure actuelle nous ne savons pas encore [3] G. Backenstoss, A. Bamberger, 1. Bergstrom, P. Bounin, T. Bunaciù, J. Egger, S. Hultberg, exactement quels paramètres choisir pour Le potentiel; H. Koch, U. Lynen, H.G. Ritter, A. Schwitter,

R. Stearns, à paraître.

le fait que les parties réelles soient négatives

[ 4 ] T.E.O. Ericson and F. Scheck, Nuclear Phys.

m,

semble justifié par les résultats expérimentaux de 450 (1970).

la diffusion méson K-nucléon [existence d'une réso- [ 5 ] T.E.O. Ericson, communication privée.

nance A (1405 M~v)] [5]; les calculs théoriques [6] M. Krell, Phys. Rev. Letters

26,

584 (1971).

qu'illustrent les figures 1 et 3 nous incitent aussi à préferer une valeur négative pour ces termes, mais rien n'est encore bien sûr.

Pour les distributions de matière nucléaire nous nous limitons à un modèle de Fermi à deux para- mètres; nous prenons comme exemple le niveau (4,3) -+

(3,2) du Soufre, et nous montrons sur les figures 1 à 6 comment les valeurs théoriques des trois résultats expérimelitalement accessibles sont fonction des para- mètres du potentiel d'une part, de la distribution adoptée pour les protons et les neutrons d'autre part.

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F i g u r e s

Légende commune à t o u t e s l e s f i g u r e s :

On c o n s i d è r e l a t r a n s i t i o n 4f -t 3d d ' u n méson K o r b i t a n t a u t o u r d ' u n noyau d e S o u f r e . On s u p p o s e q u e l e s '16 p r o t o n s e t l e s 16 n e u t r o n s s o n t r é p a r t i s s u i v a n t un modèle d e Fermi c a r a c t é r i s é p a r l ' é p a i s s e u r moyenne c e t l ' é p a i s s e u r d e peau (90% à 1 0 % ) t . L e s t r o i s r é s u l t a t s e x p é r i m e n t a l e m e n t o b s e r v a b l e s s o n t l e d é c a l a g e é n e r g é t i q u e AE (= E n e r g i e o b s e r v é e

-

E n e r g i e s i s e u l e s i n t e r v e n a i e n t l e s i n t e r a c t i o n s é l e c t r o m a - g n é t i q u e s ) e t l e s l a r g e u r s

r

d e s deux n i v e a u x 4f e t 3d. La r é s o l u t i o n de l ' é q u a t i o n r e l a t i v i s t e d e S c h r o d i n g e r a v e c un p o t e n t i e l o p t i q u e d é p e n d a n t de deux p a r a m è t r e s complexes donne l e u r s v a l e u r s théo- r i q u e s . Les f i g u r e s 1 à 6 donnent d e s exemples de l e u r v a r i a t i o n e n f o n c t i o n d e s d i v e r s p a r a m è t r e s . S u r l e s q u a t r e p r e m i è r e s f i g u r e s nous avons p o r t é e n h a c h u r é l e s r é s u l t a t s p r o v i s o i r e s o b t e n u s p o u r l e S o u f r e [33, c e q u i permet d é j à d e s e f a i r e une i d é e d e l a v a l i d i t é du modèle.

MUFRE-KAON - TReNSlTlON (4,3)-(3,2)

F i g . 1 : V a r i a t i o n d e AE a v e c lm(Aa) = l m ( A i ) , dans l e s deux c a s Re(Ao) = 1 . 6 e t Re(AI) = -1.6; Re(A1) = O. Nous n e comprenons pas l a r a i s o n p o u r l a q u e l l e l a c o u r b e t e n d v e r s l ' i n f i n i dans l e p r e m i e r c a s , c e q u i e x i g e que l a t h é o r i e n e s o i t p a s v a l a b l e pour l e s t r è s f a i b l e s v a l e u r s d e lm(A); l ' a u t r e c a s semble à l a f o i s p l u s conforme à l a r é a l i t é p h y s i - q u e e t a u x r é s u l t a t s e x p é r i m e n t a u x .

F i g . 2 : V a r i a t i o n d e AE a v e c Re(Ao) pour Im(Ao) = Im(A1) = . 2 8 e t Im(Ao) = Im(A1) = .56;

Re(A1) = O. Ces c o u r b e s s o n t t r è s sembla- b l e s à c e l l e s que K r e l l a d é c o u v e r t e s _6

].

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