Estudios de la estructura nuclear de núcleos exóticos, los casos del ³¹Ar y ³³Ar

Resumen

En esta tesis se presentan los resultados del diseño, puesta a punto, medida y análisis de resultados del experimento IS577 realizado en ISOLDE-CERN. En este experimento se midió la desintegración beta de dos núcleos atómicos exóticos: 31Ar y 33Ar. Son núcleos alejados del valle de la estabilidad y se desexcitan mediante la emisión de protones (tras la desintegración beta), fenómeno que solo se da en núcleos deficientes en neutrones en este caso con Z mayor que N, altamente inestables. La energía disponible para que se produzca la desintegración beta es grande y además la energía de enlace de un protón es muy baja; como consecuencia, varios canales de desintegración resultan accesibles, de forma que se pueblan niveles ligados (emisión gamma) y no ligados dándose el proceso de emisión de protones. Nuestro objetivo es estudiar mediante la espectroscopía de protones y de radiación gamma, los mecanismos por los que se producen dichas emisiones, así como estudiar la estructura nuclear de los núcleos de cloro poblados en la desintegración beta de 31Ar y 33Ar. El estudio de los núcleos próximos a las líneas de goteo es un tema central en el campo de la estructura nuclear, ya que nos permite comprobar la validez de las propiedades nucleares en condiciones extremas y predecir las de los núcleos más alejados de la estabilidad. En particular, 31Ar es el isótopo más ligero de argón y se encuentra en la línea de goteo. La metodología utilizada para conocer los estados excitados de estos núcleos ha sido el estudio de los espectros de partículas cargadas de cuatro telescopios de distintos rangos dinámicos y un detector grueso DSSD. Estos 80 (16x5) espectros independientes, se han calibrado en energía y detector a detector se han sintonizado en espectros únicos. Se han estudiado 16 espectros gamma y las coincidencias protón-gamma y protón-protón. A partir de las energías de las transiciones de protones hemos comprobado si los núcleos de interés se desexcitan al estado fundamental o a estados excitados del núcleo hijo mediante el estudio de coincidencias protón-gamma para 33Ar y también protón-protón y protón-protón-gamma para 31Ar. Del estudio de dichos espectros, hemos obtenido información como las semividas de 31Ar y 33Ar, energía de niveles, espines, paridades, anchura de niveles e incluso densidad de estados. En este trabajo, hemos determinado estados excitados nuevos, no identificados anteriormente, completando los esquemas de niveles de 31Ar y 33Ar, suponiendo un reto experimental, ya que los protones emitidos desde algunos estados son de muy baja energía. Estudiando el espectro de protones y gamma, cuyas intensidades dependen de la alimentación beta al nivel que genera su emisión además del espacio de fases, podemos determinar la intensidad relativa por la que se pueblan los distintos estados ligados y no ligados en la desintegración beta y a partir de ella deducir la distribución de fuerza Gamow-Teller. Además, hemos determinado por primera vez la anchura parcial de protones y gammas en estados de 30S próximos al umbral de emisión de partículas cargadas, es decir, hemos determinado la proporción entre emisión protónica y radiación gamma emitidos en la desexcitación de estos niveles, muy relevantes en la astrofísica nuclear; determinan la tasa de reacción de 29P(p,gamma)30S presentes en ciertos entornos estelares como son las novas. Por último, hemos estudiado el mecanismo de emisión de dos protones. La emisión de varias partículas no viene determinada totalmente por la conservación de energía y momento sino que está determinada por la presencia y anchura de resonancias intermedias, por lo que su estudio es interesante. Estudiando las correlaciones angulares entre los dos protones emitidos para cada transición, en el caso de 31Ar hemos observado un comportamiento claramente secuencial a partir de la distribución angular y energética de los pares de protones emitidos.