Durées de vie des états excités des isotopes de cuivre riches en neutrons // Lifetimes of excited states in neutron-rich copper isotopes

Les isotopes de cuivre comportent un seul proton au-delà d'un coeur de nickel, celui-ci étant assez sphérique et rigide. Le cuivre se présente alors comme un laboratoire microscopique dans lequel on peut suivre l'évolution des nombres quantiques du proton de valence au fur et à mesure que l'on rajoute des neutrons au système.
Parmi les propriétés intrinsèques du noyau, nous cherchons ici à étudier la durée de vie des états excités les plus saillants des isotopes du cuivre. Si le proton de valence pouvait être décrit comme une particule simple et indépendante, la durée de vie de l'état excité dans lequel il se trouve serait longue (la desexcitation serait défavorisée par la différence des nombres quantiques) ; si d'autres particules participaient à la fonction d'onde, soit par brisure du coeur soit par déclenchement de modes collectives comme des vibrations du coeur, la durée de vie serait courte (plusieurs voies s'ouvrent à la desexcitation du niveau). Toutefois, lors de nos travaux antérieurs sur le Cu-79, cette image s'est avérée être trop simple. Des contributions de l'opérateur magnétique dipolaire s'ajoutent aux transitions élécrtriques quadripolaires et raccourcissent considérablement les durées de vie observées, dissimulant les changements dans les fonctions d'onde. Nous cherchons alors à poursuivre nos efforts vers d'autres isotopes, afin de mieux comprendre le mécanisme sous-jacent.
De façon concrète, nous projetons de mesurer la décroissance bêta suivie par l'émission d'un rayon gamma dans les isotopes de Cu-75 et de Cu-77. L'intervalle en temps entre les deux signaux nous renseignera directement sur la durée de vie de l'état excité, estimée à quelques dizaines de picosecondes. L'expérience devra avoir lieu au laboratoire Riken au Japon avant la fin de l'année 2025 grâce à un ensemble de 84 scintillateurs LaBr3 provenant d'une collaboration anglo-coréenne.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

The copper isotopes count a single proton outside a mostly spherical and rigid nickel core. Therefore they present us with a microscopic laboratory in which to follow the evolution of the quantum numbers of the valence proton, as neutrons are gradually added to the system.

Among the intrinsic properties of the nucleus, we intend here to investigate the lifetimes of some of the most salient excited states in these isotopes. If the valence proton can be described as a single and independent particle, the lifetime of the excited state in which it is found would be long (the de-excitation is impeded by the difference of the quantum numbers); if other particles take part in its wave function, either by breaking the core or by the onset of collective modes such as core vibrations, the lifetime would be short (several channels are open for the level to de-excite). During our previous work on Cu-79, however, this picture has turned out to be too simple. Contributions from the magnetic dipole operator add into the electric quadrupole transitions and greatly shorten the observed lifetimes, obscuring the changes in the wave functions. We now plan to extend our efforts to other isotopes in order to gain a better understanding of the underlying mechanism.

From a practical point of view, we shall measure the β decay followed by the emission of a γ ray in the Cu-75 and Cu-77 isotopes. The delay between both signals will directly tell us the lifetime of the excited state, expected to be of the order of some tens of picoseconds. The experiment should take place at the Riken laboratory in Japan before the end of 2025 with an array of 84 LaBr3 scintillators from an English-Korean collaboration.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Début de la thèse : 01/10/2025

Contrats ED : Programme blanc GS-Physique

Université Paris-Saclay GS Physique

576 Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Image, Cosmos et Simulation

bonnes connaissances en physique expérimentale dépouillement des données C++ & Root participation à une collaboration internationale maîtrise raisonnable de l'Angalis
good understanding of experimental physics C++ & Root data analysis work within an international collaboration reasonably good level of English