Unbound states near the proton emission threshold. The case of 16 F. I. Ştefan (1), F. de Oliveira...

Unbound states near the proton emission threshold. The case of 16F.

I. Ştefan(1) , F. de Oliveira Santos(2)

(1) IPN Orsay(2) GANIL

Nova explosions

X-ray bursts15O

14N(p,γ)

15O(α,γ)19Ne

15O(pp,γ)17Ne

15O + p <=> 16F (unbound)15O – decay β+ ( T1/2=122 s )

The case of 16F

β+ (Qβ=15 MeV)

15O+p

16F

E0= 0.536 MeV

p

1/2-

0- Γp=25 keV

16O

β+

Qβ=15 MeV

β+ (Qβ=15 MeV)

15O+p

16F

E0= 0.536 MeV

p

1/2-

0- Γp=25 keV

16O

β+

Qβ=15 MeV

Mirror nucleus - 16N

Γβ=6.6 10-22 MeV

β+ (Qβ=15 MeV)

15O+p

16F

E0= 0.536 MeV

p

1/2-

0- Γp=25 keV

16O

β+

Qβ=15 MeV

(pp,γ) – Gorres et al 1995

(α,γ) – Taux estimé

Vc (

MeV

)

r (fm)

E0

16Fgs

Coulomb barrier

ECM (MeV)

)()( EPE lp

MeV2210*6.6

Wid

th (

MeV

)

15O+p 16F

15O+p

16O+β++ν

r (fm)

p

β+

E0

Vc (

MeV

)

ECM (MeV)

High ECM for the 15O – p system:

•Γp >> Γβ

•High probability to form 16F compound nucleus

•Beta decay improbable

)()( EPE lp

MeV2210*6.6

Wid

th (

MeV

)

15O+p 16F

15O+p

16O+β++ν

ECM (MeV)

Low ECM for 15O – p system:

•Γp << Γβ

•Decreased probability to form the 16F compound nucleus

•Beta decay branching ratio increased

)()( EPE lp

MeV2210*6.6

r (fm)

p

β+

E0

p

β+

Vc (

MeV

)

Wid

th (

MeV

)

γ

15O+p 16F

15O+p

16O+β++ν

r (fm)

Vc (

MeV

)

E0

2201 )

2

)(()(

EEEE

ctresonancetheofShape

tot

Hypothesis:

β+ (Qβ=15 MeV)

15O+p16F

E0= 0.536 MeVγ

dEEEPEPEE pppp

),()(),(),())(,(

γ

1/2-

0- Γp=25 keV

16O

pE1

p

Γp=70 keV

E0= 0.729 MeV

1-

β+

β+

Qβ=15 MeVβ+

Vc (

MeV

)

E0

γ

dEEEPEPEE pppp

),()(),(),())(,(

β+

β+

pE1

Facteur 109 !!

Vc (

MeV

)

E0

γ

dEEEPEPEE pppp

),()(),(),())(,(

β+

β+

pE1

Factor 109 !!

r (fm)

2201 )

2

)(()(

EEEE

ctresonancetheofShape

tot

Hypothesis:

Vc (

MeV

)

E0

γ

dEEEPEPEE pppp

),()(),(),())(,(

β+

β+

pE1

Factor 109 !!

r (fm)

2201 )

2

)(()(

EEEE

ctresonancetheofShape

tot

Hypothesis:

Let’s check it!

Let’s check it!!

• EURISOL 15O, 14O beam ?

• Different consequences?

p + p ↔ 2He → d + e+ +

p + 4He ↔ 5Li → γ + e+ + ν +4He + n

15O intensity = 1010 pps

E = 0.8 A MeV

N reactions = 8 / day.Continuum Shell Model

• Astro?

• Unbound state isomer !

16F radioactive??

•Non exponential decay!

•More surprises to come …

Future

Application for other unbound nuclei

- 15F (very interesting case)

- 5Li

- 4Li

- 19Na

…….

Outlook

Proposition of a new reaction pathway - 15O(p,γ)(β+)16O

- Consequences in different astrophysical scenarios

- Sequential decay ?

- Shape of the resonance ?

- γ decay between two unbound states ? σ(p,γ)~ 1 μb

- Experimental Confirmation

Questions related with the model

End

β+ (Qβ=15 MeV)

15O+2p 16F+p

0.536 MeV

p

1/2-

0-

0.732 MeV

16O+p

17Ne

2-

5/2-

1/2+ E1= 0.892 MeV

0.324 MeV

0 MeV

-0.958 MeV

-15 MeV

γ γ

γ

β+

15O(p,γ)(p,γ)17Ne

1/2-

15O(p,γ)(β+)16O

15O(β+)15N (2 min)15O(α,γ)19Ne 15O(p,γ)(β+)16O15O(p,γ)(p,γ)17Ne

Conclusions

Futur

• Astro à revoir ?

• Expérience SPIRAL 2 ?

• D’autres conséquences en astro ?p + p ↔ 2He → d + e+ +

15O intensité = 1010 pps

E = 0.8 A MeV

N réactions = 8 / jour.Continuum shell model

• Intrastate decay !

• Isomère de noyaux non liés ! 16F radioactif ??

• Décroissance non exponentielle !

• Test Heisenberg ?????

• D’autres surprises …

Futur

En physique nucléaire 1%

Ex(keV) Γp (keV) Jπ

0 25 ± 10 0-

193 (10) 70 ± 5 1-

424 (2) 6 ± 3 2-

721 (4) 15± 5 3-

1H(15O,p)15O

~1.4 107 pps 15O1+ SPIRAL beam

E = 1.2 MeV/A

Thick polypropylene target (CH3)

e-print at the address:

http://arxiv.ccsd.cnrs.fr/abs/nucl-ex/0603020

General context

Astrophysical motivation

Experimental measurements

Implications Conclusions

β+ (Qβ=15 MeV)

15O+2p 16F+p

0.536 MeV

p

1/2-

0-

0.732 MeV

16O+p

17Ne

2-

5/2-

1/2+ E1= 0.892 MeV

0.324 MeV

0 MeV

-0.958 MeV

-15 MeV

γ γ

γ

β+

15O(p,γ)(p,γ)17Ne

1/2-

15O(p,γ)(β+)16O

15O(p,β+)16O

Contexte général

Motivation astrophysique

Mesures expérimentales

Résultats obtenus

Conséquences Conclusions

β+ (Qβ=15 MeV)

15O+p

16F

E0= 0.536 MeV

p

1/2-

0- Γp=25 keV

16O

β+

Qβ=15 MeV

E (MeV)ECM (MeV)

σ(p,β)=(Facteur Géométrique) Γp(E)(Forme de la résonance)Γβ

22

2)(

1

rEE

résonanceladeForme )()( EPE lp

MeV2210*6.6

ECM (MeV)

15O(p,γ)(β+)16O15O(p,β+)16O

Contexte général

Motivation astrophysique

Mesures expérimentales

Résultats obtenus

Conséquences Conclusions

p

r (fm)

p

β+

E0

p

β+

γE1

Vc (

MeV

)

Lar

geur

(M

eV)

Contexte général

Motivation astrophysique

Mesures expérimentales

Résultats obtenus

Conséquences Conclusions

Théorie matrice R

Canal d’entré

15N+p Canal sortie 15N+p

Canal sortie

12 C+αRégion intérieure

16O

Paramètre de la matrice R (ra)

• r > ra les seules forces sont les forces coulombiennes;

• r < ra les forces nucléaires et coulombiennes;