Figure 3.19– Sch´ema de principe de la reconstruction de l’angle de diffusion du proton.
(deg.) θ
DSSD0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Coups
0 50 100 150 200
X (mm)
0 50 100 150 200 250
Z (mm)
-40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
Figure 3.20 – Angle incident dans les DSSD des t´elescopes 1 et 4 (gauche) et position de l’impact des protons dans le t´elescope 4 (droite) .
3.4 Cin´ ematique des protons
Les cin´ematiques de la mesure de r´ef´erence 22O(p,p′), et de la r´eaction 24O(p,p′) sont pr´esent´ees dans cette section. Elles permettent de valider le fonctionnement du dispositif exp´erimental et les diff´erentes proc´edures de l’analyse qui ont ´et´e d´etaill´ees dans les sections pr´ec´edentes. Elles fournissent ´egalement des indications sur le bruit de fond.
Les r´esolutions sur l’´energie totale du proton Ep et son angle de diffusion θp vont ˆetre
´evalu´ees. La d´efinition de ces cin´ematiques a ´et´e donn´ee dans la sous-section 2.2.2. Elles repr´esentent l’´energie totale du proton Ep en fonction de son angle de diffusion θp. Le calcul des lignes cin´ematiques attendues est d´etaill´e dans l’annexe E. La relation entre ces deux observables est donn´ee par les lois de conservation de l’´energie et de l’impulsion
lors de la r´eaction
θp = f (Ep) ,
= acos
2Tp(EA+ mpc2) + (mAc2+ EAx)2−(mAc2)2 2pAppc2
.
o`u mA, TA et pA repr´esentent la masse, l’´energie cin´etique et l’impulsion du noyau 24O.
3.4.1 Mesure de r´ ef´ erence
La mesure de la r´eaction22O(p,p′) a d´ej`a ´et´e effectu´ee au GANIL `a 42 MeV/n [87]. Elle est utilis´ee comme mesure de r´ef´erence pour valider l’ensemble de la m´ethode exp´erimentale.
Le faisceau 22O ´etait produit `a 262.5 MeV/n avec une puret´e de 28% par rapport au faisceau total, et une intensit´e moyenne de 13 500/s pendant 21 heures (Ninc = 1.01·109).
Les deux principaux contaminants ´etaient les noyaux 23F (25%) et 21O (7%). Le faisceau
´etait envoy´e sur la cible de polypropyl`ene de 2.7 mg/cm2. Les cin´ematiques des protons avec et sans triple co¨ıncidence 22O−proton−22O sont pr´esent´ees sur la figure 3.21 pour l’ensemble des donn´ees des t´elescopes 1 et 4 (1 936 coups).
(deg.) θ
lab.65 70 75 80 85 90
(MeV)
pE
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
O incident
22
(deg.) θ
lab.65 70 75 80 85 90
(MeV)
pE
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
22
O O(p,p’)
22
Figure 3.21– Cin´ematiques de la r´eaction22O(p,p′) avec s´election du noyau incident (gauche) et triple co¨ıncidence 22O−proton−22O (droite), lignes cin´ematiques des diffu- sions ´elastique et in´elastique de l’´etat 2+1 mesur´e `a 3.199(8) MeV [75] (tirets rouges).
La triple co¨ıncidence impos´ee grˆace `a l’identification dans BigRIPS, MUST2 et ZDS
´elimine les ´ev´enements non-corr´el´es g´en´er´es par d’autres particules ou ceux du bruit de fond. Les seuils, la dynamique des d´etecteurs et les pertes d’´energie dans la cible permettent de mesurer l’´energie totale (et l’angle) des protons ´emis entre 1.6 MeV et 75 MeV (63 et 90◦lab.). La section efficace ´elastique est sup´erieure `a 1 mb/sr entre 0 et 20◦cm, la majorit´e de la statistique est donc recueillie entre 1.6 et 25 MeV (78 et 90◦lab.).
Les ´ev´enements ´elastiques sont bien align´es avec la ligne cin´ematique ´elastique th´eorique.
L’ensemble de ces observations permet de valider la m´ethode exp´erimentale.
3.4 Cin´ematique des protons
3.4.2 Cin´ ematique de la r´ eaction
24O(p,p
′)
La cin´ematique obtenue pour l’ensemble des donn´ees est pr´esent´ee sur la figure 3.22. Elle correspond aux trois r´eglages de Bρdans ZDS. La triple co¨ıncidence24O−proton−AO est impos´ee, avec A= 24,23 ou 22. La gamme en ´energie et en angle couverte est identique
`a celle de la mesure de r´ef´erence. Le bruit de fond est tr`es important, il est attribu´e aux particules l´eg`eres pr´esentes dans le faisceau et en particulier aux tritons qui ont le mˆeme rapport A/Z que le noyau24O. Pour rappel la puret´e en24O par rapport au faisceau total est d’environ 4.6% (voir section 2.3.3). Ces particules l´eg`eres g´en`erent des ´ev´enements sp´ecieux qui ne sont pas ´elimin´es par la triple co¨ıncidence BigRIPS−MUST2−ZDS.
(deg.) θ lab.
65 70 75 80 85 90
(MeV) p E
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0 2 4 6 8 10 12 14 16
A O O(p,p’)
24
Figure 3.22 – Cin´ematique de la r´eaction 24O(p,p′) avec triple co¨ıncidence 24O−proton−AO (A= 24,23 ou 22), lignes cin´ematiques de la diffusion ´elastique et in´elastique `a l’´energie du seuil de s´eparation d’un neutron Sn = 4.09(13) MeV (tirets rouges).
3.4.3 R´ eduction du bruit de fond
Une condition suppl´ementaire a ´et´e mise en place pour r´eduire le bruit de fond caus´e par les particules l´eg`eres qui composent la majeure partie du faisceau 24O. La cin´ematique pr´esent´ee sur la figure 3.22 permet de constater que ce bruit de fond est moins important entre 0 et 6 MeV. Cette zone cin´ematique correspond aux ´ev´enements pour lesquels le proton est stopp´e dans DSSD. Pour ces ´ev´enements l’identification du proton diffus´e fait intervenir le temps de vol TDSSD. En revanche, le traitement des ´ev´enements pour lesquels le proton traverse le premier ´etage ne fait pas intervenir de condition sur TDSSD.
Les spectres en temps de vol des protons qui ont travers´e le premier ´etage sont pr´esent´es sur la figure 3.23. L’alignement en temps des strips (voir sous-section 3.3.1) permet d’ob- tenir une distribution tr`es fine centr´ee autour de 170 ns. Cette structure est la seule sur le spectre correspondant `a la mesure de r´ef´erence. Pour la r´eaction 24O(p,p′) le spectre est pollu´e par un bruit de fond p´eriodique dont la fr´equence est d’environ 80 MHz. Son origine est attribu´ee aux particules l´eg`eres pr´esentes dans le faisceau et sa p´eriodicit´e aux caract´eristiques de l’acc´el´erateur. Pour ´eliminer ce bruit de fond, seuls les ´ev´enements pour lesquels le temps de vol est compris entre 168 et 173 ns sont conserv´es. Cet in- tervalle a ´et´e d´efini et test´e avec les donn´ees de la mesure de r´ef´erence. L’impact d’une modification des bornes sur la statistique finale est inf´erieur `a 1%.
(ns) T
DSSD120 140 160 180 200
Coups
0 50 100 150 200 250 300 350
22
O O(p,p’)
22
TOF (ns)
120 140 160 180 200
Coups
0 20 40 60 80 100 120 140 160
A
O O(p,p’)
24
Figure 3.23– Spectres en temps de vol des protons d´etect´es dans un CsI pour la mesure de r´ef´erence22O(p,p′)22O (gauche) et pour la r´eaction24O(p,p′)AO avec A= 24,23 ou 22 (droite).
La figure 3.24 pr´esente la cin´ematique de l’ensemble des donn´ees de la r´eaction24O(p,p′)AO (A= 24,23 ou 22), correspondant aux 640 ´ev´enements s´electionn´es, et aux 2 224 ´ev´enements rejet´es. Les ´ev´enements compris dans l’intervalle en temps de vol correspondent donc `a environ 22% des protons d´etect´es dans les CsI.
La cin´ematique de la r´eaction 24O(p,p′), une fois cette condition sur le temps de vol ajout´ee, est visible sur la figure 3.25. L’ensemble de la statistique correspondant `a la triple co¨ıncidence 24O−proton−AO, avec A= 24,23 ou 22, repr´esente 1 300 coups. Le bruit de fond est r´eduit mais toujours plus important que celui de la mesure de r´ef´erence (voir figure 3.21). Le taux de r´eduction du bruit de fond est d’environ 70%. Cette esti- mation est r´ealis´ee `a partir des protons situ´es `a droite de la ligne cin´ematique ´elastique.
Ils correspondent `a des ´energies d’excitation n´egatives et ne contribuent donc qu’au bruit de fond exp´erimental.
Les proc´edures d’analyse qui permettent d’obtenir la cin´ematique des protons sont main- tenant valid´ees. L’´etape suivante consiste `a reconstruire le spectre en ´energie d’excitation.
3.4 Cin´ematique des protons
(deg.) θ
lab.65 70 75 80 85 90
(MeV)
pE
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
< 173 ns 168 < TDSSD
(deg.) θ
lab.65 70 75 80 85 90
(MeV)
pE
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
> 173 ns (ou < 168 ns) TDSSD
Figure 3.24 – Cin´ematique des ´ev´enements s´electionn´es (gauche) et rejet´es (droite) par la condition en temps de vol appliqu´ee aux protons d´etect´es dans les CsI.
(deg.) θ lab.
65 70 75 80 85 90
(MeV) p E
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0 2 4 6 8 10 12 14 16
A O O(p,p’)
24
Figure 3.25 – Cin´ematique de la r´eaction24O(p,p′) apr`es r´eduction du bruit de fond avec triple co¨ıncidence 24O−proton−AO (A= 24,23 ou 22), pour l’ensemble des donn´ees.
R´ esultats et interpr´ etation
Ce chapitre est consacr´e `a la pr´esentation des r´esultats exp´erimentaux et `a leur in- terpr´etation. Dans un premier temps les observables mesur´ees sont pr´esent´ees. La m´ethode de reconstruction des spectres en ´energie d’excitation et leur ajustement sont d´etaill´es. La proc´edure d’extraction des distributions angulaires est expliqu´ee. Ces deux observables sont ensuite interpr´et´ees par comparaison avec des calculs th´eoriques.
L’objectif principal de l’exp´erience est d’´etudier les propri´et´es du noyau24O. Les donn´ees contiennent ´egalement des informations sur la structure et la spectroscopie des noyaux d’oxyg`ene riches en neutrons 23,22,21O, des noyaux de fluor 25,23F et des noyaux d’azote
22,21N. Ces noyaux sont les contaminants des deux faisceaux cocktail produits par frag- mentation pour la mesure de r´ef´erence et l’exp´erience. L’analyse des donn´ees propres aux noyaux de fluor25,23F a ´et´e prise en charge par les ´equipes du RNC, et constitue le travail de th`ese de R. J. Chen [107].