Study of Isospin Symmetry Breaking effects in the A=23 and A=46 multiplets

La simmetria di isospin, che permette di descrivere il neutrone e il protone come due stati diversi di un’unica particella, il nucleone, `e uno degli strumenti più potenti a nostra disposizione per descrivere una vasta gamma di fenomeni di struttura nucleare. Nonostante la sua utilit`a, la simmetria di isospin `e per`o rotta non solo dalla differenza in massa tra protone e neutrone e dalla forza Coulombiana, ma anche dall’interazione nucleone-nucleone stessa. Lo studio della simmetria di isospin e della sua rottura permette di estrarre una notevole quantit`a di informazioni sulla struttura dei nuclei in gioco. Due delle conseguenze principali della rottura di simmetria di isospin sono le differenze negli schemi dei livelli di nuclei speculari e il possibile mixing di stati caratterizzati da numero quantico di isospin differente. In questo lavoro di tesi sono presentati due esperimenti volti allo studio di questi fenomeni. Il primo esperimento `e stato realizzato presso i laboratori di GANIL, in Francia. Lo scopo della misura `e lo studio delle differenze nell’energia di eccitazione negli stati analoghi dei nuclei 23 Mg- 23 Na. Tali differenze, note come Mirror Energy Differences (MED), dovrebbero in linea di principio essere interamente attribuibili all’interazione elettromagnetica e permettono di dedurre interessanti informazioni sulla struttura dei nuclei in gioco, come l’allineamento di particelle lungo la linea yrast, la variazione del raggio nucleare al variare del momento angolare, la deformazione e lo studio di particolari configurazioni di particella singola. D’altro canto, dettagliati studi svolti nella shell f 7/2 hanno dimostrato come l’interazione elettromagnetica non sia sufficiente per riprodurre i dati sperimentali e un ulteriore termine di rottura della simmetria di isospin, di origine non nucleare, debba essere introdotto. Questo fenomeno `e stato largamente studiato nella shell f 7/2 , mentre l’informazione nell shell sd `e ancora scarsa e ulteriori misure sperimentali sono senza dubbio necessarie. Gli stati ad alto spin nei nuclei di interesse sono stati popolati con la reazione di fusione evaporazione 16 O+ 12 C ve le particelle e i raggi γ emessi nella diseccitazione dei prodotti di reazione sono stati rivelati tramite l’apparato sperimentale composto dai rivelatori DIAMANT, NEUTRON WALL e EXOGAM. Sono stati identificati nuovi livelli energetici e transizioni nel nucleo 23 Mg e le MED sperimentali sono state estese fino allo stato J = 15/2 + . I dati sperimentali sono stati poi confrontati con calcoli teorici di modello a shell, dove un nuovo approccio, che tiene in conto dell’effetto della neutron skin sulle MED, `e stato utilizzato con successo. Il secondo esperimento descritto in questa tesi `e stato realizzato nel laboratorio GSI, in Germania. L’obiettivo della misura `e lo studio del grado di mixing del numero quantico di isospin nello stato eccitato 2 + nel tripletto di isospin a T=1 46 Cr- 46 V- 46 Ti. Se l’isospin fosse un buon numero quantico non ci sarebbe mixing e gli elementi di matrice Coulombiani (proporzionali a B(E2; 0 + → 2 + )) avrebbero un andamento lineare con la terza componente dell’isospin, T z . Pertanto una misura precisa della probabilit`a di transizione 2 + → 0 + permette di testare il grado di mixing nel membro del tripletto con N = Z, dove stati con T=0 e T=1 coesistono. L’apparato sperimentale utilizzato `e composto dallo spettrometro a tracciamento γ AGATA, dal separatore FRS e dal calorimetro LYCCA. I fasci radioattivi di interesse sono stati prodotti nella frammentazione di un fascio primario di 58 Ni. Il valore della B(E2; 0 + → 2 + ) per il nucleo 46 Cr `e stato dedotto dalla sezione d’urto di eccitazione Coulombiana su un bersaglio di oro. Per il nucleo 46 V `e stato invece utilizzato un nuovo dispositivo composto da tre fogli di oro disposti in successione. Lo spostamento Doppler the raggi γ emessi dopo ognuno dei tre bersagli `e differente, creando cosi una struttura caratterizzata da tre picchi, la cui forma di riga depende unicamente dalla vita media dello stato in esame. Da questa pu`o quindi essere estratto il valore della probabilit`a di transizione, B(E2; 0 + → 2 + ). Nella prima parte di questa tesi i concetti base del formalismo di isospin sono presentati. Nel secondo e nel terzo capitolo l’analisi dati, i risultati e l’interpretazione dei dati riguardanti i due esperimenti sono descritti. Infine, nell’ultima sezione, sono riportati il sommario del lavoro svolto e sono discusse le prospettive future di questo lavoro.