Study of Gamow-Teller Transitions of Tz = - 2 64Se and Tz = -1 66Se

Abstract

En este trabajo se estudia por primera vez la desintegración beta de dos isótopos de selenio, 64Se y 66Se, mediante una reacción de fragmentación de un haz primario de 78Kr sobre un blanco de berilio. Este experimento se realizó durante el año 2015 en la instalación RIBF de RIKEN Nishina Center en Tokio. Dado que estos núcleos exóticos se encuentran a cuatro nucleones de la estabilidad, hasta la fecha de realización de este experimento no había sido posible producir un haz lo suficientemente intenso para conseguir la estadística suficiente para llevar a cabo este tipo de estudios, siendo actualmente RIBF la instalación que produce los haz primarios más intensos en el mundo. Tras la reacción de fragmentación, los llamados fragmentos, núcleos producto de todos los canales de reacción, son separados e identificados en vuelo por el separador de partículas BigRIPs, para luego ser implantados en un detector de Silicio segmentado de doble capa (DSSSD) denominado WAS3ABi. Este detector permite determinar la posición geométrica de la implantación, así como medir la energía depositada por las partículas emitidas en una desintegración beta, positrones y protones, en este caso los más estudiados. De esta forma se es posible correlacionar los eventos de implantación con los de desintegración permitiendo medir los períodos de semi-desintegración de los núcleos de interés 64Se y el 66Se: T1=2 =22:6(14) ms y T1=2 =57:6(15) ms, respectivamente. Los núcleos hijos 64As, 63Ge y 66As, también se desintegran + con períodos de semi-desintegración comprables del orden de cientos de milisegundos. Afortunadamente estos núcleos hijos también fueron producidos por otros canales de reacción, identificados e implantados en WAS3ABi durante el experimento lo cual permitió determinar su período de semi-desintegración de forma independiente resultando T1=2 =152:60(33) ms, T1=2 =62:69(71) ms y T1=2 =95:77(23) ms, para el 63Ge, 64As y 66As, respectivamente. Para los núcleos emisores de protones 64Se y 64As, además del período de semi-desintegración se obtuvo el valor de branching de protones, Bp = 48:02(89)% y Bp = 4:4(1)%, respectivamente. Además se identificaron, por primera vez, ocho energías de protones en la desintegración del 64Se y once en la del 64As. Con el fin de estudiar el esquema de niveles de desintegración beta de cada núcleo, rodeando a WAS3ABi se ubicó un arreglo de detectores de Germanio Hiper Puro denominado EURICA, con la finalidad de realizar espectroscopia gamma a las desintegraciones. De esta forma fue posible imponer condiciones de coincidencia beta-gamma, de donde se obtuvieron los espectros gamma de cada núcleo. De esta forma se identificaron las transiciones gamma correspondientes a cada desintegración: siete en la del 64Se, diecinueve en 64As, quince en el 63Ge y diez en el 66Se, de los cuales en este trabajo se observaron por primera vez siete picos gama en la desintegración del 64Se, quince en la del 64As, once en al del 63Ge y ocho en la del 66Se. En el caso de la desintegración del 66As no se observó ningún pico gamma, lo que siguiere que esta desintegración sólo puebla el estado fundamental en el 66Ge. Luego de identificar las transiciones gamma correspondientes a cada desintegración se impusieron condiciones de coincidencia gamma-gamma de tal forma de determinar cuales de ellos son emitidos en cascada y de esta forma construir el esquema de niveles. Para la desintegración del 64Se se observó por primera vez nueve estados excitados, seis de los cuales emiten protones y un estado excitado en el núcleo hijo 63Ge. En el caso de la desintegración del 64As, cuatro estados excitados habían sido observados previamente en la literatura y otros dieciséis fueron identificados por primera vez, de los cuales seis son emisores de protones. En la desintegración del 63Ge cuatro estados excitados ya habían sido reportados en la literatura y siete fueron observados por primera vez. El caso del 66Se se observaron siete estados excitados de los cuales cinco se observaron por primera vez en este trabajo. En relación al valor experimental del exceso de masas, a la fecha no se han medido las masas para el 64Se ni el 64As, contando solo con estimaciones obtenidas a partir de extrapolaciones de núcleos más ligeros. En este trabajo se usó la Isobaric Mass Multiplet Equation (IMME) junto con las energías obtenidas de protones y gammas en el 64As junto con el valor del exceso de masas del 64Ga y del 64Zn para obtener el exceso de masas del 64As a partir de nuestros datos, obteniéndose un valor de -39597(44) keV para su estado fundamental. Análogamente se evaluó la curva en para el 64Se donde se obtuvo un exceso de masas de �����27429(88) keV para su estado fundamental.

This work corresponds to the first study of the beta decay of two exotic nuclei in an experiment performed during 2015 at RIBF in the RIKEN Nishina Center (Tokyo, Japan), the Tz = -2 64Se and the Tz = -1 66Se. These nuclei were produced by a fragmentation reaction using a primary beam of 78Kr over a berylliumtarget. Since these exotic nuclei needs four beta decays to reach the stability, up to this experiment such a strong beam was not available in order to obtain enough statistic to carry out this type of experiment, being RIBF that produce the most intense beams around the world. After the reaction inside the target, fragments are separated, identified by the BigRIPs mass separator, to further being implanted in Double Sided Silicon Strip Detector (DSSSD) named WAS3ABi (active stopper). This detector allows to determine the geometric position where the implantation took place, as well as measure the energy deposited by a charged particle. Correlating implantation and decay events it was possible to measure the half-lives of nuclei of interest 64Se and 66Se: T1=2 = 22:6(14) ms and T1=2 = 57:6(15) ms. Daughter nuclei 64As, 63Ge and 66As, also decay by +, having comparable half-lives of the order of hundred of milliseconds. Fortunately these nuclei also were produced, identified and implanted in the WAS3ABi active stopper, allowing one to measure their halflives independently, obtaining T1=2 = 152:60(33) ms, T1=2 = 62:69(71) ms and T1=2 = 95:77(23) ms, for 63Ge, 64As and 66As. Beta-delayed proton emitter nuclei not only the half-life was determined, but also its proton branching, being Bp = 48:02(89)% and Bp = 4:4(1)%. Indeed, eight proton energies were identified in 64Se and 64As decays. To obtain the beta decay of each nuclei an array of HPGe detectors, named EURICA, were placed surrounding WAS3ABi, which was used to perform y-ray spectroscopy to the decays. Imposing conditions between the implanted nuclei and the beta-gamma coincidences the y-ray spectra were obtained for each nuclei. Thus, y-rays belongings to each decay were identified, seven for 64Se, nineteen for 64As, fifteen for 63Ge and ten for 66Se. From these, seven were observed for the first time in 64Se, fifteen in 64As, eleven in 63Ge and eight in 66Se. The case of 66As decay was the only one where no y-rays were observed, suggesting that this decay only populates the ground state in 66Ge. After identify those y-ray belongings to each decay conditions over the y-y coincidences were applied in order to determine possible y-ray cascades to construct the level scheme. Nine new excited states were observed for 64Se decay, moreover, six are proton emitters and one corresponds to an excited state in 63Ge. In 64As decay, four states were previously reported in literature while other sixteen were identified for the first time in this work and six are proton emitters. For 66Se decay seven excited states were observed in this thesis, where five of them observed for the firt time in this work. At the moment of this thesis, no experimental measurements for the mass excess of 64Se and 64As have been performed. Moreover, mass excess for these nuclei are known only by extrapolations from lighter nuclei. In this work we use the Isobaric Mass Multiplet Equation (IMME) in the A = 64 multiplet together with the measured energies for protons and y-rays, and the mass excess of 64Ga and 64Zn to determine the mass excess for 64As from our data. -39597(44) keV was obtained for the ground state of 64As. Then, using the IMME curve to evaluate the mass excess for 64Se we obtained -27429(88) keV.