The N/Z, or ratio of neutron to proton, degree of freedom may be used to study intermediate energy nuclear collisions to give information about the origin of emitted collision fragments. Establishing under what conditions the onset of N/Z equilibrium occurs will give a better understanding of the physics of the equation of state through the use of simulation codes. If the nuclear equation of state can be elucidated in terms of the N/Z dependent component and how the N/Z dependent component varies with density, then the equilibrium ratio of protons to neutrons inside high density neutron stars can be inferred, allowing for prediction of cooling rates and supernovae mechanisms. In the current study, isotopic and isobaric ratios at thetalab=40o with cuts of 10% and 20% most central events, respectively, are studied for their N/Z equilibration signals. Light charged particles, or LCPs, are found to be emitted from systems which have not yet fully N/Z combined; the fragments with A=3 are emitted from the least equilibrated systems. Intermediate mass fragments, or IMFs, are seen to be emitted by N/Z equilibrated sources, within statistical error bars. The N/Z tracer method is used with ratios of isotopes and isobars to see how the amount of nuclear stopping or N/Z mixing changes as a function of the centrality of the event. The N/Z observable is used to reinvestigate earlier findings of the isotope and isobar ratio observables and shows the progression (or lack of it, in some cases) of the N/Z equilibration. This observable has proven to be a clear and sensitive tool to use when considering the differences in N/Z mixing of the systems at two energies.

Several low-lying levels in the exotic N = Z nucleus 62Ga have been observed for the first time using a new fast β-decay tagging system at the Argonne National Laboratory. The system provides enhanced selectivity on proton-rich nuclei, produced in heavy-ion fusion-evaporation reactions, that exhibit ‘fast’ β decays compared with isobaric contaminants. A 103 MeV beam of 40Ca ions, produced by the Argonne Tandem-Linac Accelerator System (ATLAS), was used to bombard an isotopically enriched 24Mg target, allowing 62Ga nuclei to be produced via the evaporation of one proton and one neutron in heavy-ion fusion evaporation reactions. Prompt γ rays were detected by the Gammasphere array, and recoiling reaction products dispersed by their mass-to-charge ratio by the fragment mass analyzer (FMA). New β-tagging capabilities were provided by the installation of a 1 mm thick, highly segmented 160×160 double-sided Silicon strip detector (DSSD) at the focal plane of the FMA, which allowed implanted reaction residues to be correlated in both space and time with subsequent β+ decays. The experiment was carried out with the benefit of digital acquisition systems for the Gammasphere, FMA and DSSD. The exotic nucleus 62Ga has a β-decay half-life of ∼ 100 ms. The main contaminants in the 40Ca + 24Mg fusion-evaporation reaction are 62Zn, which has a ∼ 9 hour half-life, and 58Ni, which is stable. A clean ‘singles’ γ-ray spectrum of 62Ga transitions was made permissible for the first time by the high levels of selectivity achieved, through requiring the detection of a β particle in the DSSD in close proximity to implanted reaction residues within 400 ms of implantation. Several low-lying low-spin states are reported in this thesis work, and discussed in the context of previous experimental results and theoretical predictions made using shell model, deformed shell model and IBM-4 calculations.

Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la brisure de la symétrie d'isospin dans les noyaux N≈Z et à son effet sur l'élément de matrice de transitions β de Fermi super-permises 0+ ➝ 0+ dans le cas de la décroissance β+ du Mn50.Dans le cadre de l'approche microscopique Highly Truncated Diagonalization Approach (HTDA), dédiée à la description des corrélations au-delà du champ moyen et conservant explicitement de nombre de particules, nous avons étudié (en particulier) le rôle joué par les corrélations d'appariement dans les mécanismes de brisure de la symétrie d'isospin dans l'état fondamental de noyaux N≈Z. Une étude de sensibilité du degré de cette brisure, en fonction de l'intensité de l'interaction résiduelle décrivant l'appariement dans HTDA, a été menée et une interprétation des mécanismes recherchés a été proposée à l'aide d'une approximation développée dans ce travail. Cette étude a mis évidence toute la complexité d'un bon traitement de la symétrie d'isospin, tant au niveau de la description de la source de brisure qu'au niveau de la limitation des biais du modèle. Nous avons également montré la nécessité d'une description très fine des fonctions d'onde corrélées dans un tel problème. Plus précisément, nous avons obtenu une valeur de la correction δc de mélange d'isospin à l'élément de matrice de transition de Fermi de (0.2±0.1)%. Cette valeur a été confrontée à celles obtenues dans d'autres approches. Compte tenu des effets négligés dans notre travail, notre valeur de δc est supposée représenter une borne minimum. / In this work, we are interested in the breaking of the isospin symmetry in the N≈Z nuclei and in its effect on the matrix element of super-allowed 0+ ➝ 0+ Fermi β transitions in the case of the β+ decay of the Mn50. Within the framework of the Highly Truncated Diagonalization microscopic Approach, dedicated to the descritption of correlations beyond the mean field and conserving explicitely the particle number, we have studied (in particular) the role played by pairing correlations in the breaking mechanisms of this symmetry in the ground state of N≈Z nuclei. A sensitivity study of the isospin mixing, as a function of the strength of the residual interaction decribing the pairing correlations in HTDA, has been carried out and an interpretation of the mechanims at work has been proposed in terms of an approximation developped in this work. This study has pointed out the complexity of a good treatment of the isospin symmetry, in the description of the breaking sources as well as in the reduction of model biases. We have also paid attention to the necessity of a very fine description of the correlated wave functions in such a problem. More precisely, we have obtained a value for the isospin mixing correction δc to the Fermi transition matrix element of (0.2±0.1)%. This value has been compared to those obtained in other approaches. Taking account of the neglected effects in our work, our value of δc is expected to be a lower bound.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第21570号 / 理博第4477号 / 新制||理||1642(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)准教授 延與 佳子, 講師 村上 哲也, 教授 田中 貴浩 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la brisure de la symétrie d'isospin dans les noyaux N~Z et à son effet sur l'élément de matrice de transitions β de Fermi super-permises 0+ → 0+ dans le cas de la décroissance β+ du Mn-50. Dans le cadre de l'approche microscopique "Highly Truncated Diagonalization Approach" (HTDA), dédiée à la description des corrélations au-delà du champ moyen et conservant explicitement de nombre de particules, nous avons étudié (en particulier) le rôle joué par les corrélations d'appariement dans les mécanismes de brisure de la symétrie d'isospin dans l'état fondamental de noyaux N~Z. Une étude de sensibilité du degré de cette brisure, en fonction de l'intensité de l'interaction résiduelle décrivant l'appariement dans HTDA, a été menée et une interprétation des mécanismes recherchés a été proposée à l'aide d'une approximation développée dans ce travail. Cette étude a mis évidence toute la complexité d'un bon traitement de la symétrie d'isospin, tant au niveau de la description de la source de brisure qu'au niveau de la limitation des biais du modèle. Nous avons également montré la nécessité d'une description très fine des fonctions d'onde corrélées dans un tel problème. Plus précisément, nous avons obtenu une valeur de la correction δc de mélange d'isospin à l'élément de matrice de transition de Fermi de (0.2±0.1)%. Cette valeur a été confrontée à celles obtenues dans d'autres approches. Compte tenu des effets négligés dans notre travail, notre valeur de δc est supposée représenter une borne minimum.