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Magnétisme d’un noyau auto-conjugué

On a longtemps pensé que le facteur g des premiers états excités d’un noyau auto-conjugué, possédant un nombre égal de protons et de neutrons (N=Z), devait prendre une valeur très proche de g=0.5. Ceci est dû au fait que, les protons et les neutrons occupant les mêmes orbitales, leurs moments magnétiques lié au spin intrinsèque s’annulent pratiquement laissant la seule composante liée au mouvement orbital des nucléons responsable du magnétisme global du noyau. Néanmoins des calculs récents, effectués dans le cadre du modèle en couches, prédisent l’existence d’un écart pouvant atteindre jusqu’à 10 % de la valeur de référence g=0.5 dans le cas des noyaux N=Z de la couche sd, de 20Ne à 36Ar. Cet écart trouve son origine dans trois effets, à savoir : les mélanges de configurations dans l’espace de valence ; l’interaction coulombienne qui s’exerce entre les protons conduisant à un mélange d’isospin ; les échanges de mésons.

Au cours d’une expérience réalisée auprès de l’installation ALTO à Orsay [1], nous avons appliqué une version modifiée de la méthode Time Dependent Recoil In Vacuum (TDRIV) en utilisant le multi-détecteur Ge ORGAM associé au système « Orsay Universal Plunger System » (OUPS). En utilisant une population de noyaux d’intérêt essentiellement sous la forme d’ions hydrogénoides nous avons pu déterminer avec une très grande précision le champ magnétique hyperfin (29 kT) ressenti par ces noyaux, ce qui se traduit par une très grande précision de mesure du facteur g, en fait le plus grande précision jamais atteinte pour un état nucléaire avec une durée de vie de l’ordre de la picoseconde. Pour cette mesure la méthode TDRIV a été employée dans un mode particulier, propre aux faisceaux radioactifs, où le faisceau n’est pas arrêté au sein du dispositif mais poursuit sa course au travers d’une deuxième feuille dite de « remise à zéro de l’état de charge » (reset). Ceci a été fait dans une perspective d’un usage futur de la technique TDRIV auprès des installations délivrant des faisceaux radioactifs.

La valeur que nous avons obtenu, g(2+,24Mg)=0.538(13), s’écarte de trois déviations standards de la valeur g=0.5 attendue dans le cas du modèle en couches simple. Pour reproduire cette valeur expérimentale il faut tenir compte des trois contributions mentionnées ci-dessus (mélange de configurations dans la fonction d’onde, modification du moment magnétique du nucléon libre dû aux échanges de mésons et mélange d’isospin). Il s’agit de la première valeur expérimentale possédant la précision suffisante pour mettre en évidence ces effets théoriques.


[1A.Kusoglu, et al., Phys.Rev.Lett. 114, 062501 (2015), doi : 10.1103/PhysRevLett.114.062501