Campagne d’expériences 2019 au GANIL : le détecteur ACTAR TPC couplé pour la première fois au spectromètre LISE

Trois expériences sont prévues auprès du spectromètre LISE lors de la campagne 2019. Elles utiliseront toutes les trois l’ensemble de détection ACTAR TPC et bénéficieront de la récente mise en œuvre du projet LISE-QD6 visant à améliorer les performances du spectromètre.

Mise en service de « LISE-QD6 » Les expériences programmées sur LISE seront précédées d’un test de mise en service d’un nouvel ensemble optique constitué de trois quadrupôles magnétiques. Placé à la fin du spectromètre, ce triplet de quadrupôles va permettre d’optimiser la sélection des faisceaux de noyaux exotiques produits en amont dans le spectromètre et d’améliorer leur focalisation au niveau de l’ensemble de détection placé en aval (ACTAR TPC pour la campagne d’expériences 2019).

Vue de la salle d’expérience D6 de l’installation LISE où auront lieu trois expériences en 2019. Elles exploiteront l’ensemble optique LISE-QD6 (entouré en rouge) et le dispositif de détection ACTAR TPC (entouré en violet).

Expériences avec ACTAR TPC

Trois expériences seront réalisées avec l’ensemble de détection ACTAR TPC. Deux d’entre elles sont dédiées à l’étude des modes collectifs d’excitation de noyaux de nickel stables (nickel-58) et riches en neutrons (nickel-68). Dans ces expériences, la collision des noyaux de nickel avec les noyaux d’hélium remplissant le volume du détecteur permettra à la fois de transférer de l’énergie à l’ensemble des nucléons des noyaux projectiles (mode « ACtive TARget) et de détecter les particules diffusées lors de ces réactions et d’aussi mesurer l’énergie transmise. Les deux expériences permettront de comparer la manière dont sont excités les isotopes de nickel comptant plus ou moins de neutrons (de 30 à 40 pour le nickel-58 et le nickel-68). Il sera alors possible de comprendre l’impact du nombre de neutrons sur la compressibilité du noyau atomique, un paramètre important de la matière nucléaire très riche en neutrons, telle qu’elle peut se présenter dans les étoiles à neutrons par exemple. Un mode particulier d’excitation des nucléons sera sondé dans lequel les protons et les neutrons oscillent collectivement en phase : l’expérience doit permettre grâce aux performances d’ACTAR de détecter les différences d’oscillations entre les isotopes de nickel comptant plus ou moins de neutrons.

Dans une troisième expérience, ACTAR TPC permettra d’observer la décroissance par émission de protons d’un état excité de durée de vie « longue » du nickel-54 (on parle « d’état isomérique »). Dans ce cas, un mélange d’argon et de méthane permettra de stopper les noyaux de nickel-54 dans le détecteur et d’observer l’énergie et la distribution angulaire des protons émis en utilisant le détecteur comme une chambre à projection temporelle (mode « TPC »). Une telle étude n’est possible qu’en utilisant un détecteur gazeux tel qu’ACTAR TPC, du fait de la faible énergie des protons que l’on cherche à observer.  Cette expérience vise à étudier l’influence de la charge électrique des protons sur les forces nucléaires et sur l’organisation des nucléons dans le noyau atomique. Cela peut être fait en comparant les caractéristiques de noyaux dits « miroirs » car comptant le même nombre de nucléons mais des nombres différents de protons et de neutrons. L’étude des différentes voies d’émission de protons de l’état isomérique du nickel-54 (28 protons et 26 neutrons) permettra d’en comparer les propriétés à celles d’un état analogue existant dans le noyau miroir stable de fer-54 (26 protons et 28 neutrons).