S.Bianchin (GSI

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L'expérience S254 à GSI
Etude des effets de masse et d'isospin dans les
collisions d'ions lourds aux énergies relativistes
S.Bianchin (GSI - Darmstadt)
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Plan de la présentation
1ère partie Motivations
2ème partie Dispositif expérimental

• Production de faisceaux radioactifs (FRS)
• La chambre d'ionisation MUSIC IV
• Le mur de temps de vol

3ème partie Résultats

• Effets isotopiques de premier ordre
• Multiplicité de fragments de masse intermédiaire
• Température isotopique
• Multiplicité de neutrons

Conclusion et perspectives
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Pourquoi étudier les collisions d'ions lourds ?
Les collisions d'ions lourds permettent d'étudier
la matière nucléaire dans des conditions extrêmes
de densité et de température.
Exploration du diagramme de phase de la matière
nucléaire Equation d'état

• Astrophysique
• Origine des éléments chimiques
• Supernovae
• Etoiles à neutrons

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Energie de symétrie
Equation d'état de la matière nucléaire
Paramètre d'asymétrie

• Dominant dans les étoiles à neutrons (masse
  critique)
• Inconnue à densités anormales
• Basse densité dans la fragmentation du
  spectateur
• Diminution avec la densité (ALADiN mesure
  précise) - Analyse en cours -

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Température limite
Statistical Multifragmentation Model
Température (MeV)
Z
Energie d'excitation (MeV/nucléon)
N
(R.Ogul et A.S. Botvina, PRC 66, 051601 (2002)
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Collisions d'ions lourds et multifragmentation
ltMFMIgt
Multifragm.
Zmax
Vaporisation
Evaporation
b
Zbound
Zbound
Multifragmentation Emission simultanée par un
noyau chaud de fragments de masse intermédiaire
(3Z30)
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Dispositif expérimental ALADiN (S254)
Production de faisceaux radioactifs
124La(107Sn) 600 AMeV
Cible
Cible de production 9Be, 4009 mg/cm2
dégradeur
142Nd, 920 AMeV
ALADiN
Target
SIS
FRS
SIS
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La chambre d'ionisation MUSIC IV
48 fils d'anodes
8 compteurs proportionnels

• Identification en charge
• Mesure de la position (x,y,z)
• Mesure de la rigidité magnétique ("backtracking")

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Le mur de temps de vol

• 2 murs (avant et arrière)
• 96 scintillateurs plastiques (128)
• 192 photomultiplicateurs

• Identification en charge (Zlt11)
• Résolution en temps 100 ps
• Mesure du temps de vol masse des fragments

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Résolution isotopique
Bonne séparation en masse des fragments pour Z
lt 11
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Effets isotopiques de premier ordre
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Multiplicité de fragments de masse intermédiaire
Calculs SMM
ltMFMIgt
Zbound
E/A (MeV)

• Effet de masse sur ltMFMIgtmax
• A faible énergie d'excitation, l'émission de
  neutrons du résidu lourd est supprimée pour les
  systèmes pauvres en neutrons

Zbound
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Température isotopique
Résultats Préliminaires
THeLi (MeV)
b
Zbound/Zproj
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Multiplicité de neutrons
ltMneutrongt/Aproj
Energie d'excitation
Zbound/Zproj
Les neutrons sont essentiels pour la calorimétrie
et donc à l'obtention de la courbe calorique
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Conclusion

• Les collisions d'ions lourds permettent d'étudier
  la matière nucléaire dans des conditions extrêmes
  de température et de densité
• L'utilisation de faisceaux radioactifs permet
  l'étude les effets de masse et d'isospin
• Les résultats obtenus (multiplicité des FMI,
  mesure de le température isotopique) sont en
  accord avec les prédictions théoriques
  (simulation SMM)

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The
2000 Collaboration
S. Bianchin, K. Kezzar, A. Le Fèvre, J. Lühning,
J. Lukasik, U. Lynen, W.F.J. Müller, H. Orth,
A.N. Otte, H. Sann, C.Schwarz, C. Sfienti, W.
Trautmann, J. Wiechula, M.Hellström, D. Henzlova,
K. Sümmerer, H. Weick, P.Adrich, T. Aumann, H.
Emling, H. Johansson, Y. Leifels, R. Palit, H.
Simon, M. De Napoli, G. Imme', G.Raciti,
E.Rapisarda, R. Bassini, C. Boiano, I. Iori, A.
Pullia, W.G.Lynch, M. Mocko, M.B. Tsang, G.
Verde, M. Wallace, C.O. Bacri, A. Lafriakh, A.
Boudard, J-E. Ducret, E.LeGentil, C. Volant, T.
Barczyk, J. Brzychczyk, Z. Majka, A. Wieloch, J.
Cibor, B. Czech, P. Pawlowski, A. Mykulyak, B.
Zwieglinski, A. Chbihi, J. Frankland and A.S.
Botvina
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Merci de votre attention !
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Diagramme de phase
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Collisions d'ions lourds
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Multifragmentation
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The TP-MUSIC
1.8 m
dE Z2 ? dx ß2
High Dynamic Range
f(SProp)
1 m
?tdrift
2 m
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The TP-MUSIC IV
Prop. Counters
Anodes
Drift Field
Cathode
48 IC layers 8 Prop. layers
Anodes
Prop. Counters
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Détecteur de neutrons LAND
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...what?
S.Albergo et al. Il Nuovo Cimento A (1985)
The most incomprehensible thing about the world
is that it is comprehensible (A.E.)
X.Campi et al. PRC50(1994)2680
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He-Li Temperature Hongfei Xi et al. Z.Phys.A
(1997) 397
26
He-Li Temperature Hongfei Xi et al. Z.Phys.A
(1997) 397
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Isotopic Scaling and the Symmetry Energy
12C112,124Sn_at_ 300 600 AMeV
A.Le Fèvre et al. INDRA-ALADiN Coll.
Sequential Decay Effect
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The symmetry energy in the Statistical Model
8.3
14.4
25 MeV
0 2 4 6 8 10 T (MeV)
T 6.2 MeV from double isotope ratios
N/Z from INC model calculations