Published April 5, 2001 | Version v1
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Laser spectroscopy used in nuclear physics

Description

The study of nuclear shapes is a basic topic since it constitutes an excellent ground for testing and validating nuclear models. Measurements of the electron quadrupolar moment, of the nuclear charge radius and of the magnetic dipolar moment shed light on the nuclear deformation. Laser spectroscopy is a specific tool for such measurements, it is based on the interaction of the nucleus with the surrounding electron cloud (hyperfine structure), it is then an external approach of the shape of the nucleus whereas the classical nuclear spectroscopy (α, β or γ) gives information on the deformation from the inside of the nucleus. The author describes 2 techniques of laser spectroscopy: the colinear spectroscopy directly applied to a beam issued from an isotope separator and the resonant ionization spectroscopy linked with atom desorption that allows the study of particular nuclei. In order to illustrate both methods some effective measurements are presented: - the colinear spectroscopy has allowed the achievement of the complete description of the isomeric state (T = 31 years) of hafnium-178; - The experiment Complis has revealed an unexpected even-odd zigzag effect on very neutron-deficient platinum isotopes; and - the comparison of 2 isotopes of gold and platinum with their isomers has shown that the inversion of 2 levels of neutron, that was found out by nuclear spectroscopy, is in fact a consequence of a change in the nuclear shape. (A.C.)

Abstract (French)

L'etude de la forme du noyau atomique est un sujet fondamental puisqu'elle constitue un excellent laboratoire pour tester et valider les differents modeles nucleaires. La mesure du moment quadrupolaire electrique et du rayon de charge nucleaire (signant tous deux la forme du noyau) et du moment dipolaire magnetique, apporte des renseignements precieux pour determiner la structure nucleaire. En particulier, les valeurs des moments magnetiques sont importantes a caracteriser car elles sont fortement liees au degre de purete des fonctions d'onde decrivant une configuration nucleaire donnee. La spectroscopie atomique, et plus particulierement la spectroscopie laser, est un moyen precis et inhabituel pour caracteriser des observables liees a la forme du noyau: on extrait la variation du rayon de charge entre deux noyaux a partir du deplacement isotopique et le moment quadrupolaire a l'aide de la structure hyperfine; on observe le noyau a partir du cortege electronique. Depuis plus de 10 ans, nous avons fonde un groupe de spectroscopie laser a l'IPN d'Orsay en collaboration avec le Laboratoire Aime Cotton d'Orsay, l'universite McGill a Montreal et l'Institut de Physique de Mayence. Nous avons ainsi construit un systeme experimental baptise PILIS a Orsay puis COMPLIS au CERN pour etudier la forme des noyaux loin de la vallee de stabilite. Grace aux resultats obtenus avec cet ensemble experimental, 7 theses (une canadienne, trois allemandes et deux francaises) ont ete soutenues sur les noyaux d'or, de platine et d'iridium. Un developpement du systeme et une nouvelle de mesure sur les noyaux d'etain riches en neutrons viennent de debuter et doivent faire l'objet d'une nouvelle these

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Original title (French)
La spectroscopie laser appliquee a la physique nucleaire

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Imprint Pagination
64 p.
Report number
IPNO-T--01-03

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