Projet ANR-14-CE33-0022 – EXPAND : Explorations autour de la dripline neutron
Programme : Défi de tous les savoirs (DS10) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Nigel ORR (CNRS/IN2P3 - Laboratoire de Physique Corpusculaire de Caen)
Partenaires : Laboratoire public; Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers; Tokyo Tech; Laboratoire public; Institute of Physical and Chemical Research
Montant : 729997.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 60 mois
Résumé : Un des thèmes principaux de la physique nucléaire moderne est l'exploration de la structure des noyaux dits « exotiques » c'est-à-dire loin de la vallée de stabilité. En particulier les noyaux légers  (A <40) autour de la limite d'existence neutron (drip-line neutron) fournissent non seulement un terrain idéal pour le test de nombreux modèles théoriques de la structure nucléaire,  mais présentent également un certain nombre de phénomènes uniques tels que les halos de neutrons. Expérimentalement il est devenu possible ces dernières années d'accéder aux systèmes non liés légers situés au-delà de la drip-line  neutron et ainsi de sonder l'évolution de la structure dans le continuum.
Les objectifs physiques de ce projet sont l'étude de la structure et des corrélations intrinsèques des noyaux légers riches en neutrons autour et au-delà de la drip-line neutron, et la recherche de phénomènes exotiques, comme des structures résonantes dans les systèmes de plusieurs neutrons (comme le tétraneutron), en utilisant les possibilités uniques offertes par les accélérateurs du RIBF. Le RIBF, récemment construit à RIKEN (Japon), est pour cela extrêmement compétitif : la forte intensité des faisceaux primaires (comme le 48Ca) couplée au séparateur de fragment BigRIPS permet la production des faisceaux secondaires de noyaux légers riches en neutron les plus intenses au monde, généralement trois ou quatre ordres de grandeur plus intenses que pour toute autre installation. Par ailleurs, dans de nombreux cas, le RIBF est la seule installation capable de produire ces faisceaux à des énergies (~250 MeV/nucléon) parfaitement adaptées, à la fois expérimentalement et théoriquement, pour les réactions d'intérêt : « knockout » de nucléons, cassure, et diffusion inélastique.
Les expériences proposées pour ces études procéderont à des mesures de cinématique complète impliquant la détection de tous les produits de la réaction venant du projectile: fragments chargés et neutrons. Cette détection sera effectuée à l'aide du dipôle supraconducteur SAMURAI et des détecteurs associés. La présente proposition est axée sur la détection des neutrons et vise à fournir un multi-détecteur de neutrons permettant d’exploiter pleinement les opportunités uniques offertes par les faisceaux délivrés par le RIBF. Plus précisément, il est prévu de mettre à niveau le détecteur de neutrons existant NEBULA en doublant le nombre de murs de scintillateurs et en augmentant de 30% leur épaisseur ("NEBULA-Plus") afin de permettre la détection simultanée de 3 ou 4 neutrons. De plus, cela augmentera fortement les efficacités de détection d'un et deux neutrons. Ainsi, durant les 4 années de ce projet, la structure et les corrélations entre neutrons du seul noyau doublement magique encore inexploré (28O) seront étudiées pour la première fois, ainsi que les noyaux plus lourds – potentiellement noyaux à halo de deux neutrons – que sont les 29,31F et les systèmes non liés associés 28,30F. En parallèle, la recherche de corrélations multi-neutrons sous forme de résonances dans le système 4n sera poursuivie notamment par l'étude de l'7H et la dissociation de l'8He en 4He + 4 neutrons. Ces axes de recherche se prolongeront bien au-delà de la période de subvention par une extension de ces études aux systèmes plus lourds. Nous estimons que le projet EXPAND permettra une recherche de pointe pendant au moins 15 ans. 
En résumé, le projet EXPAND permettra de coupler la plus forte intensité de faisceaux de noyaux légers radioactifs à la drip-line neutron à une capacité unique de détection multi-neutron, permettant ainsi l'exploration de la structure nucléaire des systèmes les plus riches en neutrons. Ce projet nous positionnera comme les leaders du domaine durant au moins la prochaine décennie et fournira une base essentielle, à la fois technique et scientifique, à l’extension de ces études à la future installation européenne de 3ème génération EURISOL.