Beta decay Studies of several -Univ. - PowerPoint PPT Presentation

E(u)rica ¡ ¡Workshop ¡ GSI ¡September ¡the ¡12 th ¡ Of ¡the ¡year ¡2011 ¡ 1908 ¡ B. ¡Rubio, ¡A. ¡Algora, ¡Y. ¡Fujita, ¡ ¡ W. ¡Gelletly, ¡S. ¡Orrigo, ¡L. ¡Kucuk, ¡ C. ¡Domingo, ¡J.L. ¡Taín, ¡ ¡ F. ¡Molina, ¡G ¡de ¡Angelis ¡et ¡al ¡ IFIC-­‑Valencia(Spain)-­‑Univ. ¡Osaka ¡ Beta ¡decay ¡Studies ¡of ¡several ¡ ¡ -­‑Univ. ¡Surrey-­‑Istambul-­‑Bordeaux, ¡LNL…. ¡ Tz=-­‑1 ¡and ¡Tz=-­‑2 ¡nuclei ¡in ¡the ¡fp ¡shell ¡ B. ¡Rubio ¡ GSI ¡12-­‑Sep-­‑2011 ¡ 1 ¡

Layout ¡of ¡my ¡talk ¡ • MoZvaZon: ¡Isospin ¡symmetry ¡studies ¡using ¡two ¡mirror ¡ ¡ processes, ¡beta ¡decay ¡and ¡charge ¡exchange ¡reacZons ¡ ¡ • Beta ¡decay ¡studies ¡at ¡GSI-­‑FRS-­‑Rising ¡of ¡Tz=-­‑1 ¡nuclei ¡ • Beta ¡decay ¡studies ¡at ¡GANIL-­‑LISE ¡ • How ¡to ¡proceed ¡further: ¡RIKEN ¡ B. ¡Rubio ¡ GSI ¡12-­‑Sep-­‑2011 ¡ 2 ¡

The ¡two ¡mirror ¡processes ¡are ¡governed ¡by ¡the ¡ στ ¡ operator ¡ ¡ Beta ¡decay ¡ Charge ¡Exchange ¡ReacZons ¡ Radioactive initial nucleus Stable Target ν ¡ Advantages ¡: ¡ CE ¡reacZons: ¡No ¡restricZon ¡ 3He β ¡ ¡in ¡excitaZon ¡energy ¡of ¡ ¡Gamow-­‑Teller ¡states. ¡At ¡the ¡stability. ¡ Beta ¡Decay: ¡Absolute ¡NormalizaZon ¡ of ¡B(GT). ¡Far ¡from ¡stability. ¡ 2 ∑ ± B ( GT ) = ψ f σ k τ k ψ i triton k B. ¡Rubio ¡ GSI ¡12-­‑Sep-­‑2011 ¡ 3 ¡

Fermi ¡and ¡GT ¡strength ¡observed ¡in ¡CE ¡reacZons ¡ This ¡is ¡very ¡typically ¡ ¡ Fujita ¡et ¡al ¡RCNP ¡and ¡ what ¡we ¡can ¡see ¡today ¡ Fujita-­‑Rubio-­‑Gelletly ¡ Using ¡the ¡Grand ¡Raiden ¡ ¡ Progress ¡in ¡ParZcle ¡ ¡ Spectrometer ¡at ¡RCNP ¡ and ¡Nuclear ¡Physics ¡ ¡ 66 ¡(2011) ¡549–606 ¡ B. ¡Rubio ¡ GSI ¡12-­‑Sep-­‑2011 ¡ 4 ¡

Fermi ¡and ¡GT ¡strength ¡observed ¡in ¡CE ¡reacZons ¡ This ¡is ¡very ¡typically ¡ ¡ Fujita ¡et ¡al ¡RCNP ¡and ¡ what ¡we ¡can ¡see ¡today ¡ Fujita-­‑Rubio-­‑Gelletly ¡ Using ¡the ¡Grand ¡Raiden ¡ ¡ Progress ¡in ¡ParZcle ¡ ¡ Spectrometer ¡at ¡RCNP ¡ and ¡Nuclear ¡Physics ¡ ¡ 66 ¡(2011) ¡549–606 ¡ Typical ¡beta ¡ ¡ We ¡need ¡CE ¡if ¡ ¡ decay ¡range ¡ we ¡want ¡to ¡know ¡ What ¡happens ¡here ¡ B. ¡Rubio ¡ GSI ¡12-­‑Sep-­‑2011 ¡ 5 ¡

If ¡isospin ¡symmetry ¡exists, ¡mirror ¡nuclei ¡ should ¡populate ¡the ¡same ¡states ¡with ¡ the ¡same ¡probability, ¡in ¡the ¡daughter ¡ nuclei, ¡in ¡the ¡two ¡mirror ¡processes ¡ In ¡this ¡work ¡we ¡will ¡compare ¡β ¡decay ¡and ¡CE ¡in ¡Tz=-­‑1 ¡and ¡Tz=+1 ¡respecZvely ¡ (a ¡simple ¡case) ¡ + ¡ 1 ¡ 1+ ¡ 1+ CE ¡reacZons ¡ 1+ 1+ ¡ For instance � β + -­‑decay ¡ (3He,t) ¡ V ¡ στ ¡ στ ¡ 1+ ¡ 1+ , IAS ¡ , IAS 0+ 0+ ¡ 0+ ¡ 0+ 0+ 0+ ¡ τ ¡ V ¡ τ ¡ T ¡ =+1 ¡ =+1 T ¡ =0 =0 ¡ T ¡ =-1 ¡ =-1 z ¡ z ¡ z ¡ B. ¡Rubio ¡ GSI ¡12-­‑Sep-­‑2011 ¡ 6 ¡

This ¡is ¡what ¡we ¡did ¡at ¡GSI ¡ Beta-­‑decay ¡of ¡the ¡Tz=-­‑1 ¡nuclei ¡ 54Ni, ¡50Fe,46Cr ¡and ¡42Ti ¡ FragmentaZon ¡ ¡of ¡58Ni ¡ Z=28 Z=20 N=28 B. ¡Rubio ¡ GSI ¡12-­‑Sep-­‑2011 ¡ 7 ¡ N=20

Adventages ¡of ¡studying ¡ ¡f ¡Shell ¡Nuclei ¡ ¡ with ¡ ¡T=1 ¡ We ¡have ¡large ¡Q β -­‑values ¡ 54 Ni ¡ Tz=-­‑1 ¡ 50 Fe ¡ 54 Fe ¡ 46 Cr ¡ 50 Cr ¡ 42 Ti ¡ We ¡have ¡the ¡stable ¡targets ¡ ß+ 46 Ti ¡ Tz=+1 ¡ ( 3 He,t) ¡ 42 20 Ca 22 ¡ Tz=(N-­‑Z)/2 ¡ B. ¡Rubio ¡ GSI ¡12-­‑Sep-­‑2011 ¡ 8 ¡

In ¡this ¡paper ¡we ¡are ¡interested ¡in ¡extracZng ¡informaZon ¡about ¡the ¡ ¡ B(GT) ¡strength ¡in ¡f-­‑shell ¡nuclei ¡ ¡ 2 ∑ ± B ( GT ) = ψ f σ k τ k ψ i TheoreZcally ¡ k B ( GT ) CE ∝ d σ Experimentally ¡ ( ) d Ω 0º CE ¡reacZons ¡ I β ( E ) B ( GT ) β = k f ( Q β − E , Z ) T β-­‑decay ¡ 1/ 2 T Parent ¡half ¡life ¡ 1/ 2 From ¡the ¡present ¡experiment ¡ I β ( E ) Beta ¡feeding ¡to ¡states ¡ ¡in ¡the ¡daughter ¡nucleus ¡ Here ¡we ¡needed ¡the ¡Cluster ¡detectors ¡ B. ¡Rubio ¡ GSI ¡12-­‑Sep-­‑2011 ¡ 9 ¡

¡ Beta ¡Decay ¡Experiments ¡@ ¡RISING ¡ Beam ¡58Ni@680 ¡MeV/u ¡10 9 ¡pps(part ¡per ¡spill) ¡Target ¡Be ¡4g/cm2 ¡ SeparaMon ¡in ¡flight ¡with ¡the ¡ Fragment ¡Separator ¡(FRS) ¡ ¡ 50Fe ¡ ¡~2 ¡millions ¡counts ¡ Typicall ¡producMon ¡ ¡50 ¡implants/sec ¡ of ¡the ¡nucelus ¡of ¡interest ¡ B. ¡Rubio ¡ GSI ¡12-­‑Sep-­‑2011 ¡ 10 ¡

RISING ¡(Ge ¡Array) ¡ 15 ¡Euroball ¡Cluster ¡Ge ¡Detectors ¡(7 ¡crystals ¡each) ¡ Beta(keV) ¡and ¡H.I.(GeV) ¡detector ¡ B. ¡Rubio ¡ GSI ¡12-­‑Sep-­‑2011 ¡ 11 ¡

Zoom ¡in: ¡Next ¡slide ¡ 994 ¡ ¡1+ ¡ 1433 ¡ ¡1+ ¡ 993.2 ¡ ¡1+ ¡ 1432.5 ¡ ¡1+ ¡ 1+ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2+ ¡ 46Cr ¡decay ¡ 915.0 ¡ ¡2+ ¡ B. ¡Rubio ¡ GSI ¡12-­‑Sep-­‑2011 ¡ 12 ¡ 12 ¡

B. ¡Rubio ¡ 2459.8 ¡ ¡ ¡1+ ¡ 2461 ¡ ¡ ¡1+ ¡ 2466.3 ¡ ¡1+ ¡ 2699 ¡ ¡1+ ¡ 2697.4 ¡ ¡ ¡1+ ¡ GSI ¡12-­‑Sep-­‑2011 ¡ 2977.8 ¡ ¡ ¡1+ ¡ 2978 ¡ ¡1+ ¡ 3867 ¡ ¡ ¡1+ ¡ 3870 ¡ ¡1+ ¡ 13 ¡

M1 ¡transiZons ¡from ¡T=0 ¡to ¡T=0 ¡in ¡self-­‑conjugate ¡nuclei ¡are ¡strongly ¡suppressed!!! ¡ (Warburton ¡and ¡Weneser ¡quasi ¡rule, ¡1956) ¡ 14 ¡

(3He,t) ¡ Beta-­‑decay ¡ B. ¡Rubio ¡ GSI ¡12-­‑Sep-­‑2011 ¡ 15 ¡

(3He,t) ¡ Beta-­‑decay ¡ B. ¡Rubio ¡ GSI ¡12-­‑Sep-­‑2011 ¡ 16 ¡

Possible ¡reasons: ¡Maybe ¡the ¡two ¡mirror ¡ ¡ ground ¡states ¡are ¡not ¡idenMcal ¡ 0+ 0+ Tz=+1 Tz=-1 T=1 T=1 (p,n) β + 0+ (3He,t) Tz=0 T=1 B. ¡Rubio ¡ GSI ¡12-­‑Sep-­‑2011 ¡ 17 ¡

Another ¡possible ¡explanaMon ¡explanaMons ¡for ¡these ¡differences ¡ 1.-­‑ ¡Hadronic ¡probes ¡like ¡(p,n) ¡– ¡(3He,t ) ¡ ¡ are ¡mainly ¡peripherical, ¡ 2.-­‑ ¡Beta ¡decay ¡can ¡happen ¡“anywhere” ¡in ¡the ¡nucleus ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Radial ¡wave ¡funcMon ¡1f7/2-­‑1f5/2 ¡ B. ¡Rubio ¡ GSI ¡12-­‑Sep-­‑2011 ¡ 18 ¡

Very ¡important ¡to ¡explore ¡the ¡p-­‑subshell……… ¡ B. ¡Rubio ¡ GSI ¡12-­‑Sep-­‑2011 ¡ 19 ¡

Beyond ¡the ¡f7/2 ¡shell, ¡ but ¡producZon ¡more ¡difficult…. ¡ Z=28 Z=20 N=28 B. ¡Rubio ¡ GSI ¡12-­‑Sep-­‑2011 ¡ 20 ¡ N=20

ReacMon: ¡ 64 Zn 29+ ¡ (79 ¡MeV.A) ¡+ ¡ nat Ni ¡@ ¡GANIL ¡ ¡2008 ¡ 79 ¡MeV ¡/ ¡nucleon ¡ Incoming ¡ 64 Zn ¡ 29+ ¡ ¡ Plus ¡4 ¡EXOGAM ¡ gamma ¡detectors ¡ Cyclotrons ¡ Ni ¡target ¡ V 1 Brho1 ¡ ı ¡ CSS1 ¡and ¡ (natural ¡) ¡ wedge ¡ Slits ¡ CSS2 ¡ Brho2 ¡ V 2 ı ¡ Slits ¡ Incoming ¡beam ¡intensity ¡: ¡500 ¡enA ¡ Target ¡Thickness:1.8 ¡mgr/cm2 ¡ Wien ¡Filter ¡ V 3 ı ¡ DETECTORS ¡ B. ¡Rubio ¡ GSI ¡12-­‑Sep-­‑2011 ¡ 21 ¡

ReacMon: ¡ 58 Ni 26+ ¡ (79 ¡MeV.A) ¡+ ¡ nat Ni ¡@ ¡GANIL ¡ ¡2010 ¡ 79 ¡MeV ¡/ ¡nucleon ¡ Incoming ¡ 64 Zn ¡ 29+ ¡ ¡ Cyclotrons ¡ Ni ¡target ¡ V 1 Brho1 ¡ ı ¡ CSS1 ¡and ¡ (natural ¡) ¡ wedge ¡ Slits ¡ CSS2 ¡ Brho2 ¡ V 2 ı ¡ Slits ¡ Incoming ¡beam ¡intensity ¡: ¡3.18 ¡eμA ¡ ¡ Target ¡Thickness: ¡200 ¡ Wien ¡Filter ¡ V 3 ı ¡ DETECTORS ¡ B. ¡Rubio ¡ GSI ¡12-­‑Sep-­‑2011 ¡ 22 ¡

Experiment ¡ ¡ 0.033 ¡part/sec ¡ Experiment ¡ ¡ 3 ¡part/sec ¡ Z=28 Z=20 N=28 B. ¡Rubio ¡ RIKEN ¡23-­‑24 ¡May ¡2011 ¡ N=20

Tz=-­‑1,-­‑2 ¡@RIKEN ¡ De ¡Angelis ¡et ¡al. ¡ 68Kr ¡ 70Kr ¡ 71Kr ¡ Blank ¡et ¡ al. ¡ 63Se ¡ 64Se ¡ 66Se ¡ 60Ge ¡ 62Ge ¡ B. ¡Rubio ¡ GSI ¡12-­‑Sep-­‑2011 ¡ 24 ¡