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Focus sur le spectromètre gamma AGATA

AGATA (Advanced GAmma Tracking Array), est un spectromètre gamma qui permet d’explorer avec une précision inédite la structure des noyaux exotiques produits en laboratoire par collisions d’ions lourds. Ce joyau de la communauté européenne de spectroscopie nucléaire gamma de haute résolution a fait l’objet d’un numéro spécial d’EPJA cet été. À cette occasion, Emmanuel Clément, chercheur au GANIL et responsable scientifique AGATA pour l’IN2P3, nous en dit plus sur l’instrument et la collaboration scientifique internationale qui en est à l’origine.

L’avènement d’installations de faisceaux d’ions exotiques, avec de faibles intensités de faisceau et instables, et la nécessité d’étudier les canaux de réaction avec de faibles sections efficaces, ont incité la communauté à développer des détecteurs gamma avec une efficacité et une sensibilité de détection bien supérieures. Ceci a pu être réalisé grâce à la technique innovante de « Tracking des rayons gamma » utilisée sur AGATA en Europe ou GRETA aux États-Unis.

180 cristaux de germanium hyper-purs

Pour cela, AGATA est basé sur des cristaux de germanium hyper-pur segmentés. Il en comptera, une fois terminé, 180 agencés en sphère autour de la zone où se produisent les réactions nucléaires. Cet instrument permet, par l’analyse en formes du signal électrique induit dans les cristaux de germanium, de suivre les interactions de chaque photon à l’intérieur du cristal avec une résolution spatiale de quelques mm et reconstruire avec une grande précision l’émission initiale du photon émis par les noyaux produits à chaque collision nucléaire. AGATA a été développé par une collaboration de 13 pays et plus de 40 instituts de recherche.

 

AGATA est actuellement installé au LNL en Italie. Image : Emmanuel Clément GANIL

L’aventure scientifique d’AGATA a débuté en 2010 au Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL) en Italie, où il a été couplé au spectromètre magnétique de grande acceptance PRISMA ainsi qu’à d’autres détecteurs complémentaires. Les cinq premiers modules d’AGATA ont utilisé cet instrument révolutionnaire à travers une série d’expériences pionnières avec des faisceaux stables. AGATA a ensuite fonctionné avec 8 modules au Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung (GSI) en Allemagne (2012-2014), où il a été positionné au plan focal du FRagment Separator (FRS) pour étudier les réactions induites par des faisceaux d’ions radioactifs relativistes.

Détecteur itinérant

Le nombre de détecteurs n’a cessé d’augmenter et AGATA a été transféré au Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL) en France (2015-2021) où 14 modules ont été utilisés. Au GANIL, AGATA a été couplé à une suite de spectromètres et de systèmes de détection comprenant VAMOS++, NEDA, PARIS, FATIMA, MUGAST et a exploité des réactions avec les faisceaux radioactifs de SPIRAL1.

Le retour d’AGATA au LNL en 2021 marque le début de la prochaine étape du projet où il augmentera progressivement vers le système complet (4π) de 60 modules. Au cours de cette campagne au LNL, AGATA évoluera pour couvrir la moitié de l’angle solide total et effectuera des mesures exploitant à la fois les faisceaux d’ions stables intenses des accélérateurs tandem et ALPI LINAC et les faisceaux radioactifs ISOL de SPES.

90 publications scientifiques

AGATA a déjà eu un énorme impact scientifique dans la communauté de la physique nucléaire avec plus de 90 publications scientifiques, plus de 60 thèses de doctorat et plus de 110 articles techniques. Au cours de son fonctionnement lors les campagnes scientifiques, la collaboration AGATA a continuellement amélioré ses performances avec des améliorations des détecteurs, de l’électronique, de l’analyse de la forme des impulsions et des outils logiciels de suivi et d’analyse des données.

L’ensemble des progrès et accomplissement sont publiés en 2023 dans un volume dédié dans le journal The European Physical Journal A, AGATA: Advancements in Science and Technology.