Study of hypernuclei in the reaction 6Li+ I2C at 2 A Oe V

Cette thèse présente une nouvelle approche expérimentale proposée par la collaboration HypHI pour l’étude des hypernoyaux dans des réactions induites par des faisceaux d’ions lourds stables ou radioactifs. La méthode proposée permet de mesurer les hypernoyaux formés par coalescence entre un hypéron Λ produit dans la région des participants et un fragment spectateur issu du projectile. Ce mode de production offre la possibilité d’étudier les hypernoyaux dans des conditions extrêmes d’isospin et de mesurer directement leur moment magnétique hypernucléaire. Une première expérience ayant pour objectif principal de démontrer la faisabilité de la nouvelle méthode proposée, a été réalisée en effectuant une spectroscopie précise des hypernoyaux 4 ΛH, 3 ΛH et 5 ΛHe produits dans les collisions 6Li+12C à une énergie incidente de 2 GeV par nucléon. La conception, le développement et la réalisation du nouveau dispositif de détection sont présentés. Les performances des détecteurs, ainsi que celles du système de déclenchement ont été étudiées. Le code d’analyse développé pour la reconstruction des hypernoyaux est présenté ainsi que ses performances sur les données simulées. L’analyse des données expérimentales et les premiers résultats de la reconstruction de l’hypéron Λ et de l’hypernoyau 5 ΛHe, ainsi que la mesure de leur temps de vie, sont présentés. Ces premiers résultats démontrent la faisabilité de cette nouvelle approche expérimentale pour l’étude des hypernoyaux et ouvrent de nouvelles perspectives dans la recherche d’hypernoyaux lourds et proches des limites de stabilité.This thesis presents a new experimental approach proposed by the HypHI collaboration to study hypernulei by means of reactions induced by stable and radioactive heavy-ion beams. The proposed method allows to measure hypernuclei formed by coalescence of a Λ-hyperon produced in the participant region and a projectile spectator fragment. Such a production mode offers the opportunity to investigate hypernuclei at extreme isospin and to measure directly hypernuclear magnetic moments. A first experiment aiming at demonstrating the feasibility of this new method has been carried out with a 6Li beam at 2 A GeV impinged on a 12C target by identifying 3 ΛH, 4 ΛH and 5 ΛHe hypernuclei from their mesonic weak decay modes. The design, development and realization of this experiment are presented. Performances of the detectors and of the trigger system have been investigated. The software analysis developed for the reconstruction of hypernuclei is presented and its performances are evaluated using simulated data. The data analysis and preliminary results of the reconstruction of Λ hyperons and of 5 ΛHe and the measurement of their lifetime are reported. The results demonstrate the feasibility of the new experimental approach for the study of hypernuclei and open new perspectives to investigate heavier hypernuclei toward the proton and neutron drip lines

Étude des hypernoyaux dans la réaction 6Li+12C à 2 GeV/nucléon

Cette thèse présente une nouvelle approche expérimentale proposée par la collaboration HypHI pour l'étude des hypernoyaux dans des réactions induites par des faisceaux d'ions lourds stables ou radioactifs. La méthode proposée permet de mesurer les hypernoThis thesis presents a new experimental approach proposed by the HypHI collaboration to study hypernulei by means of reactions induced by stable and radioactive heavy-ion beams. The proposed method allows to measure hypernuclei formed by coalescence of

Étude des hypernoyaux dans la réaction 6Li+12C à 2 GeV/nucléon

Cette thèse présente une nouvelle approche expérimentale proposée par la collaboration HypHI pour l'étude des hypernoyaux dans des réactions induites par des faisceaux d'ions lourds stables ou radioactifs. La méthode proposée permet de mesurer les hypernoyaux formés par coalescence entre un hypéron produit dans la région des participants et un fragment spectateur issu du projectile. Ce mode de production offr la possibilité d'étudier les hypernoyaux dans des conditions extrêmes d'isospin et de mesurer directement leur moment magnétique hypernucléaire. Une première expérience ayant pour objectif principal de démontrer la faisabilité de la nouvelle méthode proposée, a été réalisée en effectuant une spectroscopie précise des hypernoyaux 4 H, 3 H et 5 He produits dans les collisions 6Li+12C à une énergie incidente de 2 GeV par nucléon. La conception, le développement et la réalisation du nouveau dispositif de détection sont présentés. Les performances des détecteurs, ainsi que celles du système de déclenchement ont été étudiées. Le code d'analyse développé pour la reconstruction des hypernoyaux est présenté ainsi que ses performances sur les données simulées. L'analyse des données expérimentales et les premiers résultats de la reconstruction de l'hypéron et de l'hypernoyau 5 He, ainsi que la mesure de leur temps de vie, sont présentés. Ces premiers résultats démontrent la faisabilité de cette nouvelle approche expérimentale pour l'étude des hypernoyaux et ouvrent de nouvelles perspectives dans la recherche d'hypernoyaux lourds et proches des limites de stabilité.This thesis presents a new experimental approach proposed by the HypHI collaboration to study hypernulei by means of reactions induced by stable and radioactive heavy-ion beams. The proposed method allows to measure hypernuclei formed by coalescence of a -hyperon produced in the participant region and a projectile spectator fragment. Such a production mode offers the opportunity to investigate hypernuclei at extreme isospin and to measure directly hypernuclear magnetic moments. A first experiment aiming at demonstrating the feasibility of this new method has been carried out with a 6Li beam at 2 A GeV impinged on a 12C target by identifying 3 H, 4 H and 5 He hypernuclei from their mesonic weak decay modes. The design, development and realization of this experiment are presented. Performances of the detectors and of the trigger system have been investigated. The software analysis developed for the reconstruction of hypernuclei is presented and its performances are evaluated using simulated data. The data analysis and preliminary results of the reconstruction of hyperons and of 5 He and the measurement of their lifetime are reported. The results demonstrate the feasibility of the new experimental approach for the study of hypernuclei and open new perspectives to investigate heavier hypernuclei toward the proton and neutron drip lines

Étude des hypernoyaux dans la réaction 6Li+12C à 2 GeV/nucléon

Cette thèse présente une nouvelle approche expérimentale proposée par la collaboration HypHI pour l étude des hypernoyaux dans des réactions induites par des faisceaux d ions lourds stables ou radioactifs. La méthode proposée permet de mesurer les hypernoyaux formés par coalescence entre un hypéron produit dans la région des participants et un fragment spectateur issu du projectile. Ce mode de production offre la possibilité d étudier les hypernoyaux dans des conditions extrêmes d isospin et de mesurer directement leur moment magnétique hypernucléaire. Une première expérience ayant pour objectif principal de démontrer la faisabilité de la nouvelle méthode proposée, a été réalisée en effectuant une spectroscopie précise des hypernoyaux 4 H, 3 H et 5 He produits dans les collisions 6Li+12C à une énergie incidente de 2 GeV par nucléon. La conception, le développement et la réalisation du nouveau dispositif de détection sont présentés. Les performances des détecteurs, ainsi que celles du système de déclenchement ont été étudiées. Le code d analyse développé pour la reconstruction des hypernoyaux est présenté ainsi que ses performances sur les données simulées. L analyse des données expérimentales et les premiers résultats de la reconstruction de l hypéron et de l hypernoyau 5 He, ainsi que la mesure de leur temps de vie, sont présentés. Ces premiers résultats démontrent la faisabilité de cette nouvelle approche expérimentale pour l étude des hypernoyaux et ouvrent de nouvelles perspectives dans la recherche d hypernoyaux lourds et proches des limites de stabilité.This thesis presents a new experimental approach proposed by the HypHI collaboration to study hypernulei by means of reactions induced by stable and radioactive heavy-ion beams. The proposed method allows to measure hypernuclei formed by coalescence of a -hyperon produced in the participant region and a projectile spectator fragment. Such a production mode offers the opportunity to investigate hypernuclei at extreme isospin and to measure directly hypernuclear magnetic moments. A first experiment aiming at demonstrating the feasibility of this new method has been carried out with a 6Li beam at 2 A GeV impinged on a 12C target by identifying 3 H, 4 H and 5 He hypernuclei from their mesonic weak decay modes. The design, development and realization of this experiment are presented. Performances of the detectors and of the trigger system have been investigated. The software analysis developed for the reconstruction of hypernuclei is presented and its performances are evaluated using simulated data. The data analysis and preliminary results of the reconstruction of hyperons and of 5 He and the measurement of their lifetime are reported. The results demonstrate the feasibility of the new experimental approach for the study of hypernuclei and open new perspectives to investigate heavier hypernuclei toward the proton and neutron drip lines.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSTRASBOURG-Bib.Central Recherche (674822133) / SudocSudocFranceF

Unique approach for precise determination of binding energies of hypernuclei with nuclear emulsion and machine learning

Hypertriton is the lightest hypernucleus and a benchmark in hypernuclear physics. However, it has recently been suggested that its lifetime and binding energy values may differ from the established values. To solve this puzzle, it is necessary to measure both values with a higher precision. For the precise measurement of the binding energy, we are aiming at developing a novel technique to measure the hypertriton binding energy with unprecedented accuracy by combining nuclear emulsion data and machine learning techniques. The analysis will be based on the J-PARC E07 nuclear emulsion data. Furthermore, a machine-learning model is being developed to identify other single and double-strangeness hypernuclei

New directions in hypernuclear physics

11 pags. 3 figs., 1 tab.A hypernucleus, a subatomic bound system with at least one hyperon, is a great test ground to investigate nuclear forces and general baryonic interactions with up, down and strange quarks. Hypernuclei have been extensively studied for almost seven decades in reactions involving cosmic rays and with accelerator beams. In recent years, experimental studies of hypernuclei have entered a new stage using energetic collisions of heavy-ion beams. However, these investigations have revealed two puzzling results related to the lightest three-body hypernuclear system, the so-called hypertriton, and the unexpected existence of a bound state of two neutrons with a Λ hyperon. Solving these puzzles will not only impact our understanding of the fundamental baryonic interactions with strange quarks but also of the nature of the deep interior of neutron stars. In this Perspective, we discuss approaches to solving these puzzles, including experiments with heavy-ion beams and the analysis of nuclear emulsions using state-of-the-art technologies. We summarize ongoing projects and experiments at various facilities worldwide and outline future perspectives.Discussions presented for the WASA-FRS experiment here are based on the experiment S447, which is currently scheduled in 2022 at the FRS at the GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung, Darmstadt (Germany) in the context of FAIR Phase-0. The authors thank the accelerator departments at GSI and IMP, the FRS department at GSI and the Experiment Electronics department at GSI for the technical support. The authors thank the J-PARC E07 collaboration to provide us the nuclear emulsion data. The authors thank Luise Doersching-Steitz of GSI, Rita Krause of GSI, Yukiko Kurakata of RIKEN, Daniela Press of GSI, Miao Yang of IMP and Xiaohua Yuan of IMP for supporting the projects, including the administrative works. The authors also thank Risa Kobayashi of RIKEN and Yoko Tsuchii of Gifu University for their technical support in mining hypertriton events in the E07 nuclear emulsions. KN, JY, and MY acknowledge support by JSPS KAKENHI Grant Numbers JP23224006, JP16H02180, JP20H00155, and JP20J00682, and MEXT KAKENHI Grant Numbers JP24105002 (Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas 2404), JP18H05403, and JP19H05147 (Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas 6005). SE and CR are supported by the grant 2019-T1/TIC-13194 of the program "Atracción de Talento Investigador" of the Community of Madrid

A novel method for the measurement of half-lives and decay branching ratios of exotic nuclei

A novel method for simultaneous measurement of masses, Q-values, isomer excitation energies, half-lives and decay branching ratios of exotic nuclei has been demonstrated. The method includes first use of a stopping cell as an ion trap, combining storage of mother and daughter nuclides for variable durations in a cryogenic stopping cell (CSC), and afterwards the identification and counting of them by a multiple-reflection time-of-flight mass spectrometer (MR-TOF-MS). We utilized our method to record the decay and growth of the 216Po and 212Pb isotopes (alpha decay) and of the 119m2Sb isomer ( t1/2=850±90 ms) and 119gSb isotope (isomer transition), obtaining half-lives consistent with literature values. The amount of non-nuclear-decay losses in the CSC up to ∼10 s is negligible, which exhibits its extraordinary cleanliness. For 119Sb isotopes, we present the first direct measurements of the mass of its ground state, and the excitation energy and decay branching ratios of its second isomeric state (119m2Sb). This resolves discrepancies in previous excitation energy data, and is the first direct evidence that the 119m2Sb isomer decays dominantly via γ emission. These results pave the way for the measurement of branching ratios of exotic nuclei.peerReviewe

Kaon Tagging at 0° Scattering Angle for High-Resolution Decay-Pion Spectroscopy

At the Mainz Microtron hypernuclei can be studied by (e,e’K) reactions. By detecting the kaon which is emitted in forward direction, with the KAOS spectrometer placed at 0° scattering angle, reactions involving open strangeness production are tagged. High-resolution magnetic spectrometers are then used to coincidentally detect the monoenergetic decay-pions from mesonic two-body weak decays of light hypernuclei at rest. As a pioneering experiment has confirmed, the KAOS spectrometer is exposed to a large flux of background particles, mostly positrons from bremsstrahlung pair production. In order to increase the effciency of kaon identification the KAOS spectrometer was modified to suppress background particles at the cost of a high momentum resolution, which is less important for this experiment. This was achieved by placing up to 14 cm of lead absorbers in front of the detectors, in which positrons are blocked by forming electromagnetic showers while the effect on kaons is limited. An additional time-of-flight wall and a new threshold Čerenkov detector help to increase the detection effciency of kaons