Published April 29, 2022 | Version v1
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First attempt toward a quasi-Pandemonium free β-delayed spectroscopy of 80Ge using PARIS at ALTO

Description

The β-decay, a precisely described process at the most elementary (quark) level, becomes a rich and complex probe when involved in the strongly interacting multi-nucleon medium which is the atomic nucleus. In this correlated system the transformation of a neutron into a proton (or vice versa) described by the Fermi and Gamow-Teller operators gives rise to collective states involving coherently a large fraction of the nucleons under the form of a giant resonance. Close to stability, for neutron-rich nuclei, these giant resonances lie far above the energy window accessible in the β-decay (Qβ), and this decay must proceed through tail components of these resonances in competition with first-forbidden transitions. However, the advent of a new generation of Radioactive Ion Beam facilities making possible β-decay studies of nuclei with ever larger Qβ windows, beyond 10 MeV, now changes this perspective. For instance β-decay of exotic nuclei can provide a new and unique method to investigate the more neutron-skin-sensitive collective motion Pygmy Dipole Resonance (PDR) and also an opportunity for a deeper understanding of exotic phenomena involved in nuclear β-decay through precise measurement of the Gamow-Teller transition strength distribution, B(GT). The objective of this thesis is to improve the understanding of the structure in the neutron threshold (Sn) region of exotic nuclei and the influence of this structure on the B(GT) by studying a mixed 80g+mGa source collected at the BEDO decay station of the ALTO Isotope Separation On Line facility in Orsay. The 80gGa and 80mGa β-decaying states having spin-parity 6- and 3- respectively, this source has the advantage that it can populate an unusually large spin-range of daughter states in the nucleus 80Ge. The goal of this work therefore covers three aspects: investigate the PDR in 80Ge, disentangle the decay level schemes fed by the two β-decaying states of 80Ga and achieve a precise determination of the associated B(GT) in the whole Qβ window. To achieve this goal, a hybrid gamma spectrometer composed of PARIS NaI/LaBr3 phoswiches associated to high resolution Ge detectors was used. A detailed analysis is presented in this manuscript, the results suggest a manifestation of PDR in 80Ge. Separated decay level schemes and B(GT) distributions of 80g+mGa are proposed for the first time. In addition, through comparison with state-of-the-art nucleons-blocked quasiparticle random-phase approximation (QRPA) calculations, the microscopic mechanism of PDR in 80Ge is discussed. (author)

Abstract (French)

La desintegration β, processus precisement decrit au niveau le plus elementaire (quarks), devient une sonde riche et complexe lorsqu'elle est impliquee dans le milieu multinucleons en forte interaction qu'est le noyau atomique. Dans ce systeme correle, la transformation d'un neutron en proton (ou inversement) decrite par les operateurs de Fermi et Gamow-Teller donne lieu a des etats collectifs impliquant de maniere coherente une grande partie des nucleons sous la forme d'une resonance geante. Proches de la stabilite, pour les noyaux riches en neutrons, ces resonances geantes se situent bien au-dessus de la fenetre d'energie accessible dans la desintegration β (Qβ), et cette desintegration doit passer par les composantes de queue de ces resonances en competition avec les premieres transitions interdites. Cependant, l'avenement d'une nouvelle generation d'installations de faisceaux d'ions radioactifs permettant des etudes de desintegration β de noyaux avec des fenetres Qβ toujours plus grandes, au-dela de 10 MeV, change desormais cette perspective. Par exemple, la desintegration β de noyaux exotiques peut fournir une methode nouvelle et unique pour etudier le mouvement collectif plus sensible a la peau des neutrons, la resonance dipolaire pygmee (PDR) et egalement une opportunite pour une comprehension plus approfondie des phenomenes exotiques impliques dans la desintegration β nucleaire a travers mesure precise de la distribution de force de transition Gamow-Teller, B(GT). L'objectif de cette these est d'ameliorer la comprehension de la structure dans la region du seuil neutron (Sn) des noyaux exotiques etl'influence de cette structure sur la force Gamow-Teller B(GT) en etudiant une source mixte 80g+mGa collectee sur la station de desintegration BEDO de l'installation de type Isotope Separation On Line (ISOL) ALTO a Orsay. Les etats emetteurs β 80gGa et 80mGa ayant pour couple spin-parite 6- et 3- respectivement, cette source a l'avantage de pouvoir peupler une plage de spins inhabituellement etendue dans les etats excites du noyau fils 80Ge. L'objectif de ce travail couvre donc trois aspects : etudier le PDR dans le 80Ge, demeler les schemas de niveaux de decroissance alimentes par les deux etats emetteurs β du 80Ga et parvenir a une determination precise du B(GT) associe dans toute la fenetre Qβ. Pour atteindre cet objectif, un spectrometre gamma hybride compose de phoswiches PARIS NaI/LaBr3 associes a des detecteurs Ge haute resolution a ete utilise. Une analyse detaillee est presentee dans ce manuscrit, les resultats suggerent une manifestation de la PDR dans 80Ge. Des schemas de niveaux de decroissance separes et des distributions B(GT) de 80g+mGa sont proposes pour la premiere fois. De plus, par comparaison avec des calculs de type quasiparticle random phase appproximation (QRPA) avec blocage, le mecanisme microscopique de la PDR dans 80Ge est discute. (auteur)

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Original title (English)
Premiere tentative vers une spectroscopie β-retardee de 80Ge quasi-libre de l'effet de Pandemonium avec PARIS a ALTO

Publishing Information

Imprint Pagination
189 p.
Report number
FRNC-TH--14952

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