Polarisation des protons dans la diffusion élastique sur O161 et C12

Nuclear Physics 38 (1962) 177-185; (g) North-Holland Publishing Co ., Amsterdam

Not to be reproduced by photoprint or microfilm without written permission from the publisher

POLARISATION DES PROTONS DANS LA DIFFUSI S. GORODETZKY, J. ULLMAN, G. BERGDOLT ET A. GALLMANN Insfitut Recherches Nucléaires, Strasbourg, France

Reçu le 21 Mai 1962 Abstract: The polarization of protons elastically scattered from 01 6 and 02 was measured at a laboratory scattering angle of 51'.5 and bombarding energies between 3.76 and 4.65 MeV. The double-scattering method was used : protons polarized by scattering from carbon were analyzed by scattering from carbon and oxygen . The measurements are compared with the predictions of phase shift analyses a et tic scattering angular distributions . The results on 016 confirm the phase shifts of Haff is, Phdhps and dunes, which show levels of spin and parity I - and 1+ at excitation energies 4.60 and 4.97 MeV, respectively, in the compound nucleus F17. 1

L'étude de la diffusion élastique des protons par

016 montre qu'il existe dans le

noyau F", à des énergies d'excitation compries entre 4 et 5.5 MeV, plusieurs niveaux larges qui se superposent partiellement . Ces niveaux ont été étudiés en mesurant un certain nombre de distributions angulaires de ïa diffusion élastique des protons et en analysant ces distributions angulaires en déphasages . On sait que lorsqu'une onde partielle passe travers une résonance, sa phase varie rapidement de 180'. Pour un noyau de spin zéro, tel que W, le moment angulaire et la parité de l'onde partielle en résonance sont ceux du niveau correspondant. ffi-nsi la connaissance de la variation des déphasages en AnKon de l'énergie permet ce léduire les positions, largeurs, moments angulaires et parités des niveaux . par 0", dans ce dom-aine d'énergie, il existe cinq déphasages dont Dans la diffusion les variations en fonction de l'énergie doivent être déterminées . Vu le grand nombre de paramètres indépendants qu'il but ainsi déterminer, il n'est pas surprenant qu'il y ait eu quelques désaccords parmi les résultats publiés. Ainsi Laubenstein et Laubenstein ') proposent un niveau J' à 4.36 MeV et un niveau j - à 4.73 MeV, tandis que Semper, Schneider et Martin 2) trouvent des èveaux à 4 .5 . 4.6 et 5.1 MeV de moments angulaires et parités respectivement, égaux à j -, J' et j- + . Récemment, les distributions 3) angulaires ont été remesurées par Harris, Phillips et doues t et leurs analyses montrent un niveau j - à 4.60 MeV et un niveau ~' à 4.97 MeV. Karadshev et Man' ko 4) ont suggéré que la mesure de la polarisation des protons t Nous désirons exprimer notre gratitude à Monsieur R . W. Harris du Rice institute qui, très aimablement, nous a envoyé les valeurs des déphasages et des polarisations dans le cas de 01 " avant leur Publication. 177 00oNrIN2

s.

178

GOBOI9isI'ZKY

et at-

diffusés pourrait distinguer entre ces différentes analyses en déphasag e puisque les polarisations qu'on peut calculer a partir de ces déphasages diffèrent considérable. ment l'une de l'autre . Nous avons mesuré cette polarisation et l'avons comparée avec le* prédictions des ac ord avec deux plus récentes analyses de diffusion élastique. Nos résultats sont en Jones et différent d ux obtenus par les déphasages obtenus par Harris, Phillips et Sempert, Schneider et Martin . Ce que nous avons effectivement mesuré dans notre expérience, c'est la polarisation des protons diffusés par une cible contenant du carbone et de l'oxygéné. cette l'effet du au carbone contenu ensuite déduit dans polarisation nous avons la cible. une expérience prélinRina re par été déterminé dans la dernier effet a Mesure de la par une cible de C", et spic aux des protons diffusés mêmes énergies et polarisation angles que dans l'expérience réaliséc avec la cible contenant du carbone et de l'oxygène .par Les résultats de l'expérience sur C 12 sont en accord avec les déphasages proposé Tombrello, Barloutaud et Phillips s) ä partir de la diffusion élastique de protons sur C . ,2

2. Appareillage et Procédé de M .1 . POLARIMÈTRE ,a figure 1 montre un schéma du dispositif utilisé. Avec oc polarimètre on utilise la méthode bien connue de la double diffusïon-. l'asy mmétrïe droite-gauche dans -la

FAISCEAU

Fig. 1 . Schéma du polarimètre â double diffusion.

H

\iéme diffusion est égale au produit des polarisations des deux diffusions . Les tlétres géométriques du polarimètre sont les suivants : angle moyen de la Prc' diffusion 0, = 48' ; angle moyen de la deuxième diffusion 0 = SV-5; distante 2

POLARBATION PES PROTONS

179

du centre de la première cible au centre de la deuxième cible a = 28.3 cm; distance du centre de la deuxième cible au centre du détecteur b = 7 cm. La deuxième cible a un diamètre de 2.2 cm. Les compteurs latéraux dont la surface utile est délimitée par des daphragmes de 2 cm de diamètre, sont des scintillateurs de CsI d'une épaisseur de 0.5 . Un détecteur à jontions permet la détermination de l'énergie des protons une fois diffusés et ralentis par la traversée des absorbants. Ce détecteur a été cahbré avec les protons du faisceau incident diffusés par une feuille 'or nui, L compteurs latéraux peuvent être interchangés par une rotation de 180' autour de Taxe u polarimètre, et la deuxième cible peut tourner autour d'un axe perpendiculaire au plan de la deuxième diffusion. Cette dernière rotation permet ainsi d'interchanger les moitiés droite et gauche de la cible. 2.2. PR

DÉ DE MESURE

La quantité directement déterminée par les mesures est l'asymétrie définie par A = N(D) - N(G) , N(D) + N(G)

oh Y(D) est le nombre d'interactions enregistrées par le compteur de droite et N(G) celui par le compteur de gauche dans une configuration géométrique où les deux diffusions sont coplanaires; droite et gauche sont pris par rapport au faisceau une fois diffusé. Dans toutes nos expériences la première diffusion élastique, qui jouait le rôle de polariseur des protons, se faisait sur une cible de carbone sans support de 4.7 mg/cm'. L'énergie des protons du faisceau incident était de 5.20 MeV mais, à cause de la perte d'énergie dans la cible, la diffusion se faisait en fait à des énergies comprises entre 4.86 et 5 .21} MeV. Nous avons, dans ce domaine d'énergie, déterminé la polarisation des protons diffusés à 0, = 48° dans un travail précédent'), en mesurant trois asymétries à trois énergies différentes, méthode qui permet d'obtenir les polarisations à ces trois énergies en valeurs absolues . Au cours de ce travail nous avons refait des mesures de polarisation par cette même méthode et nous trouvons pour la polarisation des protons, d'énergies comprises entre 4.86 et 5.20 MeV, et diffusés à 01 = 48', la valeur P = (100±5)% . Pour mesurer la polarisation des protons diffusés par 016 , nous avons utilisé une cible d'acétate de cellulose pour la deuxième diffusion qui jouait le rôle d'analyseur. L'acétate de cellulose contient de l'hydrogène, du carbone et de l'oxygène dans des proportions connues. Les protons diffusés par les noyaux d'hydrogène ont une énergie égale à environ la moitié de l'énergie incidente et peuvent ainsi facilement être discriminés . Les énergies moyennes des protons diffusés par les noyaux de carbone et d'oxygène ne diffèrent par contre que d'environ 60 keV et ne peuvent ainsi pas être séparés par discrimination électronique . Nous avons de ce fait mesuré l'asymétrie droite-gauche des protons diffusés par le mélange carbone + oxygène de la cible d'acé-

Mmu

IMM qui itilt r "I en.

W

, I J~vm

oh, a 6y= 1 Um z

XTO

POLARISATION DES PROTONS

181

nation d'asymétrie durait environ 50 min et dans chacune des mesures le nombre moyen d7impulsions dans le pie était de l'ordre de 640. La cible eacétate de cellulose dont l'épaisseur était de 1 .2 mg/cm 2 a été préparée en laissant évaporer sur une plaque de verre une solution d'acétate de cellulose chimiquement pure dans de l'acétone chimiquement pure. Les cibles de carbone ont été obtenues par application au pistolet sur une plaque de verre d'une suspension de graphite dans l'alcool: La cible de carbone utilisée dans la deuxième diffusion avait une

épaisseur de 1 .25 mg/cm'. L'étude de la diffusion des deutons par une cible mince de carbone préparée de cette façon a montré que ces cibles contenaient quelques io d'oxygène comme impureté . Cet oxygène pourtant disparaît si on utilise un faisceau assez intense, probablement par un effet de chaleur. Dans la mesure de la polarisation sur Cz lu première cible de carbone est évidemment chauffée d'une façon intense par le faisceau pendant l'expérience. La cible de carbone utilisée dans la deuxième diffusion avait été préalablement exposée à un faisceau intense. 2.3. ASYMÉTRIES DE L'APPAREILLAGE ET CORRECTIONS GÉOMÉTRIQUES

Les mesures de polarisation par double diffusion sont très sensibles aux asymétries de l'appareillage et à la variation des sections efficaces et des polarisations dues aux angles solides finis des compteurs . Ces effets sont plus importants qu'on ne pourrait le penser. Ainsi, dans notre appareil, un déplacement du faisceau sur la cible de moins d'un millimètre peut produire une variation mesurable dans le comptage de l'asymétrie Dans notre expérience, les effets d'asymétrie dans les compteurs et dans la second cible ont été éliminés en interchangeant les deux compteurs ainsi que les moitiés droite et gauche de la cible par des rotations de 180° autour de l'axe du polarimètre. Nous avons ainsi essentiellement utilisé le même compteur pour les mesures de droite et de gauche. 111 peut pourtant subsister une asymétrie entre les positions droite et gauche des compteurs due agi: faitque Faxede rotation des compteurs en coïncide pas avecl'axe du faisceau une fois diffusé rentrant dans le polarimètre. Les deux diaphragmes (A et B dans la figure 1), qui définissent le faisceau, ont été construits soigneusement de façon à être sur l'axe de rotation du polarimètre. Il est nécessaire également de s'assurer que l'impact du faisceau sur la cible est sur cet axe. Pour cela, nous avons réalisé un pointeau qui s'emmanchait exactement dans les deux diaphragmes et vérifié qui; sa ` pointe touchait la cible à l'endroit où cette dernière était frappée par le faisceau . Cet impact du faisceau sur la cible a été déterminé en remplaçant la cible par un disque de quartz ou en brûlant un trou dans une cible mince avec le faisceau . La position du faisceau a été maintenue fixe sur la cible en plaçant un diaphragme de deux millimètres de diamètre juste avant la cible. Les effets dus à la variation de la section efficace et de la polarisation sur l'intervalle angulaire accepté par le polarimètre peuvent faire que fasymëtrie mesurée diffère de lle qui correspond à l'angle d'acceptation moyen . Les effets de ce genre sont calI approximativement par Evans'- 9 ) pour le cas de compteurs ponctuels et pour nue uxïème cible étendue. Nous avons calculé les corrections qu'il faut appliquer

S. GORODETZKY

18 2

et al.

où la seconde cible est ponctuelle et OÙ les compteurs sont étendus et nous e l'effet de compteurs étendus pouvait être. aussi important que l'effect de la deuxième cible des polarisations des deux diffusions est nul, les effets dus à des se détruisent et la formule dEvans qui donne l'effet dû aux difinîes de la deuxième cible devient très simple. .'asymétrie prévue peut être facilement à partir des valeurs dès dérivées des deux sections efficaces par notre appareillage à l'angle de diffusion . Nous avons utilisé ce fait pour tester presque complèteme asyméties- ys diffusions sur une cible d'or sont coulorabiseaues et ne donnent pas de polarisation . Avec des combinaisons or¢® carbone-or et or-or pour les deux cibles nous avons mesuré l'asymétrie

droite-gauche des protons deux fois diffusés et l'avons comparée avec les calculs de la

% forri-Lule d' vans. Pour des asymétries de 3 à 5 %., nous avons trouvé un accord à avec la formule d'Evans. s mesures de la polarisation des protons diffusés par une cible de carbone ont été corrigées pour les effets dus aux dimensions finies de la deuxième cible en utilisant la formule d' vans. Les effets dus a« dimensions finies du compteur devraient être tirs dans ce cas. Ils sont proportionnels à la première et à la deuxième dérivée de la larisation et, aux énergies où nous avons fait nos mesures, on s'attend à une polariA- A1.4 .11"a Alm in savon presque ind pendante de 1 angle ). Les valeur et des sections effi=s nécessaires pour nos corrections ont été prises sur les figures de l'article de Tombrello, Barloutaud et Phillips -5) . Comme ces valeurs ne sont qu'approximatives, nous avons, dans le calcul de l'erreur sur la polarisation, ajouté une erreur de ± 2 % aux erreurs statistiques pour tenir compte de l'incertitude de ces corrections Pour 16 , le problème est plus compliqué. La première et la deuxième dérivée de la section e cace et de la polarisation sont nécessaires pour calculer les corrections. calculée partir des déphasages, mais les déphasages ne Ces dérivées avent être à sont pas tellement bien connus dans ce cas (le but de cette expérience étant de les véhEer) et les calculs sont extrêmiement, longs. Ment données les erreurs statistiques relativement grandes dans ces mesures, nous n'avons pas pensé qu'il était nécessairé de. faire le calcul de ces corrections. Pour néanmoins en tenir compte, nous avons 5` ,,,, aux er~eurs statistiques des mesures sur 0". A noter que dans le cas de corrections calculées étaient au maximum de l'ordre de 4%. IL MESURES SUR 02

3.

en que les raesures sur C12 ment été the~. pour tenir compte de leur effet dans les utilisées pour les mesures sur 0", il est intéressant de les considérer pour ellesrncrn . Comme le carbone peut être utilisé, soit comme cible polarisante, soit comme alysante, la polarisation a été calculée à partir d'analyses en déphasages de 'iffusion ') et mesuré plusieurs angles et énergies

POLARISATION DES PROTONS

18 3

os mesures sont montrés dans le tableau . Es ont été obtenus à ries mesurées après avoir tenu compte d'une correction pour létenîème cible. La polarisation dans la première diffusion a été prise égale surs comprennent celles dues à la statistique ainsi que l'incertitude dans la correction de l'asymétrie . Il n'est pas tenu compte d'une possible erreur dans la valeur de la polarisation de la première diffusion . N'importe quelle erreur de ce genre chi n~~~°rait évidemment la normalisation de nos mesures. Les résultats sont montrés, avec des calculs d'analyse en déphasages, sur la figure 3 . Us AM partir des due de la de

ÉNER&E

D ~ `>

PR0"0fti S INCIDENTS EN MeV

Fig . 3 . Polarisation des protons diffusés par 02. La courbe pleine est calculée à partir des déphasages de Tombrello, Barloutaud et Phillips . Les barres d'erreur horizontales montrent la dispersion d'énergie de 150 keV due à l'épaisseur des cibles et à la dispersion du faisceau .

Les barres d'erreur horizontales sont dues au fait que les diffusions se faisaient toujours sur un domaine d'énergie d'environ 150 keV à cause surtout de l'épaisseur des cibles . La courbe en plein montre la polarisation calculée à partir des déphasages par Tombrello, Barloutaud et Phillips 5). L'accord est généralerieint bon . 3 .2 . MESURES SUR 0 14

Les résultats de ces mesures sont donnés dans le tableau 1 . Les polarisations des protons diffusés sur les cibles d'acétate de cellulose ont été obtenues à partir de mecelles avec les cibles de carbone. La polarisation de sures faites de la même façon que la diffusion par 0" a été calculée comme il est expliqué dans la section 2, en utilisant les valeurs de Nc aclNouo du tableau . Les erreurs comprennent des incertitudes sur A O+c , A c et le rapport Nc ocINouo . Cette dernière incertitude a été prise égale à ± 10 % . Les erreurs sur ac et ao sont inférieures à ± 4 %. . Mais l'ouverture angulaire du polarimètre était grande et la section efficace change rapidement avec l'angle . Bie que la variation avec l'angle des deux sections efficaces soit analogue, nous avons estimé plus sûr d'admettre une assez grande incertitude dans ce rapport. Les résultats,

S. GORODETZKY et QI. TABLEAU 1

Mesures et résultats E

AC

AO + C

j%

128311017

1338? 0.020

3- ~ i

(t.387 ='0.017

4.05

aa NC ac

AO

A

A

1 .60

0.426±0.062

-0.302 :j:0.026

o,U5±&022

136

OA33±0.060

-0.408±0.026

0.367 y 0.017

0.298±0.020

1 .41

0.210±0 .052

-0 .391±0.026

-0.210 ::'-1) .075

4.1.8

0.388=0.017

1285± 0.017

1 .00

0.205±0 .041

-0.417±0.026

-0-205,E 0-068

4.33

0.535-0-015

0.47240.017

0.49

0.441±0 .033

-0.572±0.025

- 0-441±0.063

4.50

0.547r0 .015

0.523+0 .OM

161

0.507AO.035

-0.588±0.025

- 0.507±0 .064

4.E5

0.484±0 .016

0.474±0 .020

0.71

0.467±0.039

-0.51 I :LO.026

-0.46ï± 0-067

-0-426±:o.080

n-s ce tableau, E est l'énergie moyenne des protons incidents dans la deindème diffusion; Ac et Ao+c sont la "Mes mesurées avec les cibles, respectivement, de carbone et d'acétate de cellulose, Ao est l'asymétrie calculée due à l'oxygène contenu dans la cible d'acétate de cellulose. PC et Po sont les .La convention de Bâle, polarisations des protons diffusés respectivement p? .r le carbone et l'oxygène est utilisée pour la détermination du prenant la polarisation 'positive dans la direction Q k>~ x signe de la polarisation.

ny

éNERGIE DES

4T

45 Itvf,--'IDENTS EN MeV

calculée à partir Fig. 4. Polarisation des protons diffusés par 0111. La courbe pleine marquëe lipj est 1 , e,n,nasages de HaM, P%ips et Jones ; la courbe en pointillês marquée SS M est calculée à partit des dépimsages y Sempert, Schneider et Martin.

POLARISATION DES PROTONS

185

en fait, sont très peu sensibles a des petits changements de ce rapport, excepté aux basses énergies . Les résultats sont montrés en comparaison avec les prédictions des analyses en déph,sage dans la figure 4. Les calculs de la polarisation à partir de déphasages ont été faits en utilisant les formules de la référence 5). Les valeurs des déphasages de Sempert, Schneider et Martin ont été prises de la figure 7 de la référence 2) . Les déphasages par,,sphère dure" nécessaires â ces calculs ont été pris des tables de Sharp, Gove et Paul 1 ") en prenant pour le rayon du noyau 0" la valeur 5.3 frn utilisée par Sempert, Schneider et Martin. Nos mesures sont en assez bon accord avec les résultats de Harris et ses collaborateurs, mais sont en désaccord formel avec ceux de Sempert, Schneider et Martin. C'est surtout la différence dans le signe des deux courbes entre les énergies 4 .2 et 5 MeV qui est frappante. Cette différence dans les deux analyses provient principalement du comportement différent des déphasages b l + et b2 - (les indices désigne.àt 1 et le signe du couplage 1-ßs). Ainsi nos résultats sont en accord avec les positions et largeurs des niveaux ' et - tels qu'ils sont donnés par le groupe du Rice Institute et non avec ceux donnés par Sempert, Schneider et Martin. Note ajoutée au cours de la correction : Nous avons trouvé une erreur dans l'ex-

ploitation des essais d'asymétrie instrumentale, ces essais mentionnés au paragraphe 2.3 qui se font avec un choix de cibles tel que le produit des polarisations est nul. Les résultats sont en desaccord avec la formule d'Evans, toutefois ils montrent que les effets d'asymétrie instrumentale sont inférieurs à ± 3 iô. En ce qui concerne les effets e la géométrie étendue nous avons reformulé le problèn~e en tenant compte des effets dus aux dimensions finies de la cible et des compteurs . (Une formule similaire a été publiée par Monaghan et Elwyn "». Dans le cas o le produit des polarisations est nul, cette: formule se réduit ä la même forme que celle d'Evans . Une autre série de mesures destinées a. -mettre en évidence les effets de géométrie étendue dans ce cas a également donné des résultats en desaccord avec ces formules . (fin peut toutefois obtenir un accord en supposant que dans la diffusion sur Au, les protons sont légèrement polarisés . ibfi

a 'e

1) R. A. Laubenstein et M. J. W. Laubenstein, Phys. Rev. 84 (1951) 18 2) Ni . Semperi, H. Schrcider et 1. Martin, Helv. Phys. Act. 27 (1954) 313 3) R. W. Harris, G. C. Phillips et C. M. Jones, Bull. Am . Phys . Soc . 6 (1961) 341 et communication privée de R. W. Harris

K. Karadzhev et V. Man'ko, JETP 39 (1960) 416 [transi.: So% iet Physics JETP 2 9,1961) 294] T. A. Tombrello, R. Earloutaud et G. C. Phillips, Phys. Rev. 119 (1960) 761 S. Gorodetzky, J. Ullman, G. Bergdolt et A. Gallmann, .I. Phys . Radium 22 (1961) 570 J. E. Evans, Proc . Intern . Symposium on Polarization Phenomena of Nucleons, Basle 1960, p. 239 C. W. Reich, G. C. Phillips et J. L. Russel, Phys . Rev. 1 (1956) 143 J. E. Evans, A. E. R. E. Report R 3347, Harwell 1960 W. T. Sharp, H. E. Gove et E. B. Paul, AECL no. 268 (Atomic Energy of Canada, Chalk River, 1960) 11) Monaghan et Elwyn, Nucl . Instr. 1 (1960) 348 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10)