Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004 Structure nucléaire : Acquis et défis Thèmes : Complexité des noyaux : modèles réalistes. Régularités

Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Structure nucléaire : Acquis et défis

Thèmes : Complexité des noyaux : modèles réalistes. Régularités des noyaux : modèles simples.

Plan : Structure : P. Van Isacker & W. Korten. Dynamique : R. Bougault. Moyens : Y. Blumenfeld.


Carte des noyaux


Modèles du noyau• Méthodes ab initio : Description à partir de

l’interaction entre nucléons libres.• Méthodes champ moyen : Potentiel moyen

avec une paramétrisation globale.• Modèle en couches : Potentiel de champ

moyen + interactions résiduelles.• Modèles phénoménologiques : Noyaux ou

propriétés spécifiques avec une paramétrisa-tion locale.


Méthodes ab initio

• Plusieurs méthodes existent et donnent des résultats consistants.

• Exemple : A=4

H. Kamada et al., Phys. Rev. C 64 (2001) 044001


Calculs ab initio pour noyaux légers

• Etude systématique des noyaux légers (A≤12) composante d’interaction à trois corps.

R.B. Wiringa and S.C. Pieper, Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 182501


Structure en couches des noyaux


Structure en couches des noyaux

• La structure en couches est-elle modifiée loin de la vallée de stabilité?

• Evidences expérimentales :– Masses nucléaires.

– 2+ dans les noyaux pair-pair.

– Densité de niveaux nucléaires.

– Sections efficaces.


Structure en couches variable


Noyaux fortement corrélés• Deux corrélations

déterminent la structure à basse énergie du noyau :– Appariement.

– Interaction quadripolaire.

G. Racah, Phys. Rev. 63 (1943) 367 J.P. Elliott, Proc. Roy. Soc. A 245 (1958) 128; 562


Modèle en couches• Calculs dans des

espaces de Hilbert de plus en plus grands :– Diagonalisation : ~109.

– Monte Carlo : ~1015.

– DMRG : ~10120 (?).

• Exemple : 8n + 8p dans pfg9/2 (56Ni).

M. Honma et al., Phys. Rev. C 69 (2004) 034335


Superfluidité dans les noyaux• Interaction d’appariement entre nucléons identiques. Noyaux semi-magiques ont un caractère super-

fluide SU(2) (cfr. BCS en matière condensée).• Exemple de preuve expérimentale : les énergies de

séparation de 2-neutrons ou 2-protons.


Appariement neutron-proton• En présence de neutrons et protons, deux interactions

d’appariement sont permises : 1S0 et 3S1.

• Le caractère superfluide devient SO(8) SO(5) ou SO(8) SO(6) (cfr. supraconductivité à haute Tc).

• Cette corrélation ne peut se manifester que dans des noyaux N=Z collectifs noyaux exotiques.


Noyaux faiblement liés

• Systèmes quantiques liés seulement par des effets spécifiques d’interaction. Exemples :– Deuton : n+p lié à cause du mélange 3S1+3D1.

– X(3872) : D+D* ‘molécule’ ou ‘deuson’?

– 11Li : un système borroméen.

grande taille rrms ≥ (2Eséparation)-1/2.


Couplage avec le continuum• Une description des noyaux près des ‘driplines’

nécessite le développement du modèle en couches avec couplage au continuum.

N. Michel et al., Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 042502


Interactions fondamentales• Transitions super-permises & CVC :

• Transitions super-permises & unitarité CKM :

– Décroissance nucléaire (dépend de Nucl-Coul!) + décroissance muonique:

– World data 2004:

€

ℑt ≡ ft1/ 2 0i+ → 0f

+( ) 1+ ′ δ R + δNucl( ) 1−δCoul( ) =

K

2GV2 1+ ΔR( )

€

′ d

′ s

′ b

⎡

⎣

⎢ ⎢ ⎢

⎤

⎦

⎥ ⎥ ⎥=

Vud Vus Vub

Vcd Vcs Vcb

Vtd Vts Vtb

⎡

⎣

⎢ ⎢ ⎢

⎤

⎦

⎥ ⎥ ⎥

d

s

b

⎡

⎣

⎢ ⎢ ⎢

⎤

⎦

⎥ ⎥ ⎥

with Vud2 + Vus

2 + Vub2 =1

€

Vud = GV /Gμ = 0.9738 ± 0.0004

€

Vud2 + Vus

2 + Vub2 = 0.9967 ± 0.0014


Interactions fondamentales

• Corrélations angulaires - :

– Modèle standard : a=1 (Fermi) & a=-1/3 (Gamow-Teller)

– Au-delà du modèle standard : a dépend des couplages scalaires (S) et tenseurs (T).

– Limites actuelles : |CS/CV| < 0.08 & |CT/CA| < 0.11.

€

W = W0 1+ bm

E e

+ ape

Ee

⋅pν

Eν

⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟


Conclusion : les défis

• Prospection de la carte des noyaux loin de la vallée de stabilité :– Structure en couches.– Interactions effectives.– Systèmes faiblement liés (structure + dynamique).– Nouveaux (‘soft’) modes collectifs.


Structure en couches : atome/noyau• Atomes : Potentiel

d’ionisation.

• Noyaux : Energie de séparation d’un nucléon.


Noyaux super-lourds


Noyaux borroméens• Noyau borroméen :

système à trois corps lié dont les sous-systèmes sont non-liés. Exemple :– 11Li = 9Li+n+n

• Noyau ‘brunnien’ : généralisation à n corps. Exemple :– 10C = 4He+4He+p+p

• Existence grâce à des corrélations complexes.


Noyaux complexes• 1951 : Wigner introduit

la théorie des matrices aléatoires pour inter-préter la distribution des niveaux du noyau à haute énergie.


Coexistence de formes• L’interaction neutron-

proton quadripolaire est source de déformation.

• Les corrélations et la structure en couche ensembles déterminent la forme du noyau.

• Exemple extrême : les trois premiers états 0+ du 186Pb ont des formes différentes.


Interactions fondamentales• Transitions super-permises 0+0+ : hypothèse CVC.

€

ℑt ≡ ft1/ 2 0i+ → 0f

+( ) 1+ ′ δ R + δNucl( ) 1−δCoul( ) =

K

2GV2 1+ ΔR( )


Astrophysique nucléaire• Section efficace, masse nucléaire, spectre en énergie,

temps de vie,… pour la modélisation de divers processus en astrophysique:– Supernovas ( taux de décroissance et de capture

d’électrons)– Pulsars et ‘X-ray bursters’– Localisation des processus r et rp ( masse, section

efficace, décroissance )– Propriétés de la matière neutronique dans les étoiles à

neutrons ( compressibilité)

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