Structure nucléaire : Acquis et défis

Structure nucléaire : Acquis et défis • Thèmes : • Complexité des noyaux : modèles réalistes. • Régularités des noyaux : modèles simples. • Plan : • Structure : P. Van Isacker & W. Korten. • Dynamique : R. Bougault. • Moyens : Y. Blumenfeld. Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Carte des noyaux Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Modèles du noyau • Méthodes ab initio : Description à partir de l’interaction entre nucléons libres. • Méthodes champ moyen : Potentiel moyen avec une paramétrisation globale. • Modèle en couches : Potentiel de champ moyen + interactions résiduelles. • Modèles phénoménologiques : Noyaux ou propriétés spécifiques avec une paramétrisa-tion locale. Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Méthodes ab initio • Plusieurs méthodes existent et donnent des résultats consistants. • Exemple : A=4 H. Kamada et al., Phys. Rev. C 64 (2001) 044001 Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Calculs ab initio pour noyaux légers • Etude systématique des noyaux légers (A≤12)  composante d’interaction à trois corps. R.B. Wiringa and S.C. Pieper, Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 182501 Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Structure en couches des noyaux Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Structure en couches des noyaux • La structure en couches est-elle modifiée loin de la vallée de stabilité? • Evidences expérimentales : • Masses nucléaires. • 2+ dans les noyaux pair-pair. • Densité de niveaux nucléaires. • Sections efficaces. Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Structure en couches variable Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Noyaux fortement corrélés • Deux corrélations déterminent la structure à basse énergie du noyau : • Appariement. • Interaction quadripolaire. G. Racah, Phys. Rev. 63 (1943) 367 J.P. Elliott, Proc. Roy. Soc. A 245 (1958) 128; 562 Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Modèle en couches • Calculs dans des espaces de Hilbert de plus en plus grands : • Diagonalisation : ~109. • Monte Carlo : ~1015. • DMRG : ~10120 (?). • Exemple : 8n + 8p dans pfg9/2 (56Ni). M. Honma et al., Phys. Rev. C 69 (2004) 034335 Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Superfluidité dans les noyaux • Interaction d’appariement entre nucléons identiques. •  Noyaux semi-magiques ont un caractère super-fluide SU(2) (cfr. BCS en matière condensée). • Exemple de preuve expérimentale : les énergies de séparation de 2-neutrons ou 2-protons. Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Appariement neutron-proton • En présence de neutrons et protons, deux interactions d’appariement sont permises : 1S0 et 3S1. • Le caractère superfluide devient SO(8)  SO(5) ou SO(8)  SO(6) (cfr. supraconductivité à haute Tc). • Cette corrélation ne peut se manifester que dans des noyaux N=Z collectifs  noyaux exotiques. Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Noyaux faiblement liés • Systèmes quantiques liés seulement par des effets spécifiques d’interaction. Exemples : • Deuton : n+p lié à cause du mélange 3S1+3D1. • X(3872) : D+D* ‘molécule’ ou ‘deuson’? • 11Li : un système borroméen. •  grande taille rrms ≥ (2Eséparation)-1/2. Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Couplage avec le continuum • Une description des noyaux près des ‘driplines’ nécessite le développement du modèle en couches avec couplage au continuum. N. Michel et al., Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 042502 Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Interactions fondamentales • Transitions super-permises & CVC : • Transitions super-permises & unitarité CKM : • Décroissance nucléaire (dépend de Nucl-Coul!) + décroissance muonique: • World data 2004: Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Interactions fondamentales • Corrélations angulaires - : • Modèle standard : a=1 (Fermi) & a=-1/3 (Gamow-Teller) • Au-delà du modèle standard : a dépend des couplages scalaires (S) et tenseurs (T). • Limites actuelles : |CS/CV| < 0.08 & |CT/CA| < 0.11. Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Conclusion : les défis • Prospection de la carte des noyaux loin de la vallée de stabilité : • Structure en couches. • Interactions effectives. • Systèmes faiblement liés (structure + dynamique). • Nouveaux (‘soft’) modes collectifs. Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Structure en couches : atome/noyau • Atomes : Potentiel d’ionisation. • Noyaux : Energie de séparation d’un nucléon. Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Noyaux super-lourds Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Noyaux borroméens • Noyau borroméen : système à trois corps lié dont les sous-systèmes sont non-liés. Exemple : • 11Li = 9Li+n+n • Noyau ‘brunnien’ : généralisation à n corps. Exemple : • 10C = 4He+4He+p+p • Existence grâce à des corrélations complexes. Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Noyaux complexes • 1951 : Wigner introduit la théorie des matrices aléatoires pour inter-préter la distribution des niveaux du noyau à haute énergie. Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Coexistence de formes • L’interaction neutron-proton quadripolaire est source de déformation. • Les corrélations et la structure en couche ensembles déterminent la forme du noyau. • Exemple extrême : les trois premiers états 0+ du 186Pb ont des formes différentes. Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Interactions fondamentales • Transitions super-permises 0+0+ : hypothèse CVC. Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

Astrophysique nucléaire • Section efficace, masse nucléaire, spectre en énergie, temps de vie,… pour la modélisation de divers processus en astrophysique: • Supernovas ( taux de décroissance  et de capture d’électrons) • Pulsars et ‘X-ray bursters’ • Localisation des processus r et rp ( masse, section efficace, décroissance ) • Propriétés de la matière neutronique dans les étoiles à neutrons ( compressibilité) Journées de Prospective, La Colle sur Loup, octobre 2004

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