Mesures précises des demi-vies et rapports d’embranchement pour la décroissance β des noyaux miroir 23Mg et 27Si

Precise measurement of half-lives and branching ratios for the mirror β decay of 23Mg and 27Si

• Auteur / Autrice : Cécile Magron
• Direction : Bertram Blank
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique, plasmas, nucléaire
• Date : Soutenance le 29/09/2016
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'études nucléaires Bordeaux Gradignan
• Jury : Président / Présidente : Nadine Redon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bertram Blank, Nadine Redon, Etienne Liénard, Nathal Severijns, Nadya Smirnova, Pierre Delahaye, Jérôme Giovinazzo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Etienne Liénard, Nathal Severijns

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèle standard (physique)

Noyaux miroirs

Interactions faibles (physique nucléaire)

Période radioactive

Mots clés libres

Décroissance β miroir

Transitions super-permises de Fermi 0+ → 0+

Modèle Standard

Hypothèse CVC

Matrice de mélange des quarks CKM

23Mg et 27Si

Demi-vies

Rapports d’embranchement

Correction de la brisure de la symétrie d’isospin

Mirror β decay

Superallowed 0+ → 0+ Fermi transitions

Standard Model

CVC hypothesis

CKM quark mixing matrix

23Mg and 27Si

Half-lives

Branching ratios

Isospin symmetry breaking correction

Résumé

L’étude de la décroissance β est un outil fantastique pour approfondir notreconnaissance de l’interaction faible décrite par le Modèle Standard. Ce modèle et laphysique au-delà peuvent être testés par des mesures précises de paramètres caractérisantces décroissances. Parmi ces tests, la vérification de l’hypothèse de la conservation ducourant vectoriel (CVC) et de l’unitarité de la matrice de mélange des quarks de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) sont d’un grand intérêt. Pour cela, les paramètres caractérisantles transitions β doivent être déterminés très précisément. Les meilleures précisions ont étéobtenues pour les transitions super-permises de Fermi de type 0+ → 0+. Cependant, il existed’autres types de décroissances pour réaliser ces tests, par exemple, les décroissances βmiroir. À ce jour, elles ne permettent pas d’atteindre les précisions obtenues avec lestransitions de type 0+ → 0+. Pour améliorer cela, de nouvelles mesures très précises desparamètres expérimentaux caractérisant ces transitions, comme la demi-vie et le rapportd’embranchement, sont nécessaires. C’est pourquoi une expérience a été réalisée àl’université de Jyväskylä en Finlande, afin d’étudier la décroissance β des noyaux miroir 23Mget 27Si et de mesurer ces paramètres. Les valeurs des demi-vies obtenues pour ces deuxnoyaux sont respectivement dix fois et sept fois plus précises que les moyennes de lalittérature. La valeur obtenue pour le rapport d’embranchement de 23Mg est trois fois plusprécise que la moyenne de la littérature, celui de 27Si étant déjà connu avec une très grandeprécision (0,02%), n’a pas été déterminé avec une meilleure précision.

Beta decays are a fantastic tool to study the weak interaction described by theStandard Model. This model and the physics beyond can be tested by precisemeasurements of nuclear β decays. Among these tests, the conserved vector current (CVC)hypothesis and the unitarity of the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) quark-mixing matrixare of great interest. For these, the parameters of β transitions must be precisely determined.The highest precisions have been obtained with superallowed 0+ → 0+ Fermi β decays.However, there are other possibilities to make these tests, for example mirror β decays. Fornow, they do not allow to achieve the precision of the 0+ → 0+ transitions. To improve this,new accurate measurements of experimental parameters characterizing these transitions,such as the half-life and the branching ratio, are needed. For this purpose, an experimenthas been carried out at the University of Jyväskylä to study the mirror β decays of 23Mg and27Si and to measure these parameters. The half-life values obtained for these two nuclei are,respectively, ten times and seven times more precise than the literature averages. The valueof the branching ratio obtained for 23Mg is three times more precise than the literatureaverage; the one of 27Si has not been improved as it is already precisely known (0.02%).