β-decay of 8B into highly excited states of 8BeIsospin mixing and proton-halo contributions

Resumen

La desintegración beta+/EC del 8B es uno de los pasos en el proceso de combustión de hidrógeno que tiene lugar en el Sol y, además, es la principal fuente de neutrinos solares de alta energía, por encima de 2 MeV. Además de su interés astrofísico, la desintegración beta del 8B da acceso a la estructura nuclear del 8Be, con un continuo de estados 2+ debido a una amplia resonancia a 3 MeV. Los estados a 16.6 y 16.9 MeV forman un doblete 2+, siendo el único caso en el que uno puede esperar más que un pequeño porcentaje de mezcla de isospín T=0 y T=1. El 8Be presenta una estructura de clúster alfa-alfa que hace que sus estados excitados resonantes se rompan en dos partículas alfa. Desde la perspectiva de su estructura nuclear, el núcleo 8B es el único núcleo conocido cuya configuración de halo de protón en su estado fundamental está bien establecida. Se espera que la desintegración beta al estado de 17.6 MeV se vea incrementada por esta estructura. Realizamos un experimento en 2016 en ISOLDE (CERN) con el objetivo de determinar la intensidad beta para las desintegraciones a los estados excitados del 8Be. De particular interés es el doblete 2+ a 16.6 y 16.9 MeV. El segundo objetivo es determinar la probabilidad de emisión de protones retardada (BR) poblada por EC, que no había sido observada hasta ahora. Dicho canal de desintegración se espera que ocurra a través del estado de 17.6 MeV y la estimación de este BR está basada en la estructura de halo del 8B. Además, se ha determinado de forma más precisa la vida media del 8B. Para alcanzar estos resultados, se ha caracterizado de forma precisa los detectores usados en el experimento con Geant4 y se ha implementado un código de desconvolución para obtener la población beta del 8B en 8Be. El montaje experimental consistió en una configuración en forma de ¿diamante¿ de cuatro telescopios de detectores de Si. Los telescopios estaban compuestos por un detector fino doblemente segmentado (DSSD) con 16 bandas a cada lado. Detrás, un detector de Si más grueso. Se utilizaron dos espesores diferentes para el detector frontal de los telescopios; dos DSSD más gruesos de 60 micras para asegurar la detección completa de las alfas más y dos de 40 micras que se optimizaron para tener una respuesta precisa frente partículas beta. A partir de la detección de las alfas, se obtiene y corrige el espectro de coincidencia alfa-alfa para diferentes efectos experimentales utilizando Geant4. Los DSSDs se han caracterizado y se ha obtenido la función de respuesta de cada detector, siendo crucial para el análisis posterior de Matriz R y el procedimiento de desconvolución. Para el desarrollo del código de desconvolución se ha realizado un estudio sistemático verificando la bondad de la solución obtenida tanto para simulaciones como datos experimentales. Para el estudio de la desintegración de protones retardados, se realizó un análisis de anti-coincidencia para determinar una cota experimental superior del BR. Se ha realizado una simulación de la desintegración beta del 8B y una vez validada, se ha simulado la emisión de un pico de protones para determinar el límite en el cual sería visible sobre el fondo experimental. Los resultados son: - La vida media del núcleo 8B se ha reduciendo en un factor 3.1 la incertidumbre del último valor publicado. - Los parámetros de mezcla de isospín se han determinado usando un análisis de Matriz R, confirmando que la mezcla entre los dos estados es completa de acuerdo con el cálculo de modelo de capas. - Hemos implementado el algoritmo de Richardson-Lucy en C++. Ha sido probado en diferentes distribuciones simuladas y ha demostrado ser significativo, por ejemplo, para obtener la composición de una fuente alfa. - Del espectro de población beta, se ha obtenido la distribución de intensidad beta y se ha determinado que el valor de B(GT) es 0.8(2) - Se ha determinado una cota superior experimental para el BR de emisión de beta-p de 2.5x10(-6) (99.9%).