Etude des décroissances multi-neutron des isotopes lourds d'hélium et d'hydrogène

Study of multineutron decays of heavy helium and hydrogen isotopes

• Auteur / Autrice : Cyril Lenain
• Direction : Julien Gibelin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique corpusculaire de Caen (1947-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Francesca Gulminelli
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julien Gibelin, Alexandre Obertelli, Didier Beaumel, Wilton Catford
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexandre Obertelli, Didier Beaumel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Corrélations angulaires (physique nucléaire)

Noyaux exotiques

Réactions directes (physique nucléaire)

Structure nucléaire

Mots clés libres

Résonances

Noyaux riches en neutrons

Multineutrons

Décroissance

Détections de neutrons

Corrélations de particules

Nuclear structure

Direct reactions

Resonances

Neutron-rich nuclei

Neutron

Multineutrons

Decay

Neutron detection

Particle correlations

Numerical simulations

Résumé

La recherche de systèmes multineutron, noyaux composés de neutrons seulement, est une quête qui dure depuis le début des années soixante. Alors que l’absence de dineutrons et de trineutrons semble claire dans les expériences, le tétraneutron continue d’alimenter un vif débat tant les résultats sont ambigus et contradictoires. Nous proposons de chercher ces systèmes au sein de noyaux très riches en neutrons : l’hélium-7 dont un état excité semble décroître en α + 3n et l’hydrogène-7 qui devrait décroître en t + 4n et dont l’existence même est au cœur de questionnements. Nous présentons une expérience qui, pour la première fois, nous a permis de mesurer directement et avec une très haute statistique l’impulsion de jusqu’à quatre neutrons en coïncidence. Un faisceau d’8He à 156 MeV/nucléon a été envoyé sur la cible cryogénique MINOS pour former l’7He et l’7H par réaction de knockout 8He(p, pn)7He*{α + 3n} et 8He(p, 2p)7H{t + 4n} au RIBF de RIKEN (Japon), et la cinématique complète des réactions a été mesurée. L’analyse des données a permis de mettre en exergue pour la première fois le caractère direct de la décroissance de l’état excité 7He*(5/2−) par émission de trois neutrons. Les résultats d’une analyse poussée sur les cor- rélations entre les particules issues de la décroissance montrent l’absence de trineutron. Les premiers résultats sur la voie 8He(p, 2p) sont fortement contrastés vis-à-vis des conclusions d’expériences précédentes.

The search for multineutron systems, nuclei composed of only neutrons, has been going on since the early 1960s. While the absence of dineutrons and trineutrons seems clear in experiments, the tetraneutron continues to fuel a lively debate. To this day, experiments have been ambiguous and contradictory. We propose to search for these systems in very neutron-rich nuclei: helium-7 whose excited state seems to decay in α + 3n and hydrogen-7 whose existence is at the heart of questions. For the first time, we present an experiment with very high statistics in which we have directly measured the momentum of up to four coincident neutrons. A beam of 8He at 156 MeV/nucleon was sent to the cryogenic target MINOS to form 7He and 7H by knockout reaction 8He(p,pn)7He*{α + 3n} and 8He(p, 2p)7H{t + 4n} at the RIBF of RIKEN (Japan). The complete kinematics of the reactions were measured. We will present the very first results of this experiment. The analysis of the data allowed us to put in evidence for the first time the direct character of the decay of the excited state 7He*(5/2−) by emission of three neutrons. The results of a thorough analysis of the correlations between the decay particles show the absence of trineutron. The first results obtained on the 8He(p, 2p) channel are at odds with the conclusions of former experimental works.