The	  ﬁrst	  observa;on	  of	  the	  exo;c	  beta-­‐delayed	  gamma-­‐proton	  decay	  	  in	  the	  fp	  shell	  The Beta Decay of the TZ = -2, 56Zn Nucleus	  (Phys.	  Rev.	  LeK	  accepted)	  S.E.A.	  Orrigo,	  B.	  Rubio,	  Y.	  Fujita,	  B.	  Blank,	  W.	  Gelletly	  et	  al	  (Valencia-­‐Osaka-­‐Bordeaux-­‐Surrey-­‐Istanbul-­‐GANIL-­‐San;ago	  de	  Chile-­‐Gent-­‐Argonne)	  For	  the	  GANIL	  E556a colaboration	  13/6/14	  Berta	  Rubio	  ARIS	  2014	  1	  This is part of a series ofexperiments aiming to compare CE reactions
On stable targets with beta decay in protonrich nuclei,
Here I present
our study of the
Beta decay ofTz=-2
Nucleus 56Zn

Z=28
Compare	  Comparisonwith	  

Z=20

N=28
13/6/14	  N=20

Berta	  Rubio	  ARIS	  2014	  GSI	  GANIL	  2	  If	  isospin	  symmetry	  exists,	  mirror	  nuclei	  should	  populate	  the	  same	  states	  with	  the	  same	  probability,	  in	  the	  daughter	  nucleus,	  in	  the	  two	  mirror	  processes	  στ	  τ	  ©	  στ	  13/6/14	  Berta	  Rubio	  ARIS	  2014	  3	  Theore;cally	  Experimentally	  Charge	  Exchange	  Experimentally	  Beta-­‐decay	  Beta	  feeding	  to	  states	  	  in	  the	  daughter	  nucleus	  Parent	  Parent	  beta	  half	  life	  13/6/14	  Berta	  Rubio	  ARIS	  2014	  4	  58Ni26+	  (74.5	  AMeV)	  +	  natNi	  @	  GANIL	  	  2010	  Plus	  4	  EXOGAM	  gamma	  detectors	  74.5	  MeV	  /	  nucleon	  Incoming	  58Ni	  26+	  	  3.7	  eµA	  intensity	  Cyclotrons	   Ni	  target	  CSS1	  and	  (natural)	  CSS2	  200	  μm	  thick	  LISE	  3	  spectrometer	  V1ı	  Brho1	  Slits	  wedge	  Brho2	  V2ı	  Slits	  Wien	  Filter	  V3ı	  DETECTORS	  5300	  DSSSD	  detector	  ImplantaSon	  and	  decay	  (β,	  p)	  	  16	  strips	  X	  and	  16	  strips	  Y	  300	  µm	  thick	  	  3	  mm	  pitch	  As	  expected,	  the	  staSsScs	  is	  limited:	  	  	  In	  3	  days:	  	  Total	  56Zn	  implanta;ons	  =	  8861	  	  0.033	  imp/s	  56Zn	  13/6/14	  Berta	  Rubio	  ARIS	  2014	  6	  Expected beta decay of 56ZnBecause the Sp is only 560 keV we expect most of thedecay to proceed by proton emissionT	  =	  2	  β	  p	  56Zn	  TZ	  =	  -­‐2	  T	  =	  2	   IAS	  T	  =	  1	  T	  =	  1/2	  Sp	  =	  560	  keV	  55Ni	  TZ	  =	  -­‐1/2	  56Cu	  TZ	  =	  -­‐1	  This is indeed what we saw

Particle
spectrum,
mainly protons

300 µm DSSD detector	Half-­‐life	  analysis	  for	  56Zn	  (TZ	  =	  -­‐2)	  using	  beta	  delayed	  protons	  T	  =	  2	  	  32.9	  (8)	  ms	  	  	  β	  p	  T1/2	  =	  (32.9	  ±	  0.8)	  ms	  	  using	  protons	  T	  =	  2	   IAS	  T	  =	  1/2	  β	  56Cu	  TZ	  =	  -­‐1	  Literature:	  T1/2	  =	  30	  ±	  1.7	  ms	  (C.	  Dossat	  et	  al.,	  NPA	  792(2007)18)	  	  TZ	  =	  -­‐2	  Sp	  =	  560	  keV	  55Ni	  TZ	  =	  -­‐1/2	  56Zn	  Construc;ng	  the	  level	  scheme,	  level	  energies	  very	  clear….	  
Naively thinking
we could assume
Naively	  	  theseintensities
proportional to thebeta feedingT	  =	  2	  56Zn	  β1	  T	  =	  2	  T	  =	  1	  T	  =	  1	  T	  =	  1	  IAS	  TZ	  =	  -­‐2	  0+	  1+	  1+	  1+	  Sp	  =	  560	  keV	  55Ni	  TZ	  =	  -­‐1/2	  β2	  56Cu	  TZ	  =	  -­‐1	  Comparison	  of	  mirror	  transi;ons	  for	  A	  =	  56	  56Zn	  → 56Cu	  +	  β+	  Ex(56Cu)	  =	  Ep	  +	  Sp	  The	  Isobaric	  Analog	  State	  (IAS)	  is	  clearly	  iden;ﬁed	  in	  both	  spectra	  	  (In	  agreement	  with	  previous	  data(C. Dossat et al., NPA 792(2007)18)	  	  Isospin	  symmetry	  holds	  well	  !	  
All	  the	  dominant	  transi;ons	  are	  observed	  in	  both	  β	  decay	  and	  CE	  star;ng	  from	  mirror	  nuclei	  	  H.	  Fujita	  et	  al.,	  Annual	  Report	  RCNP	  Osaka	  (2010)	  56Co56Cu

Construc;ng	  the	  56Zn	  decay	  scheme…	  T	  =	  2	  β	  The	  p-­‐decay	  of	  the	  IAS	  is	  isospin	  forbidden	  T	  =	  2	  p	  (T	  =1/	  2)	  γ ??	

T	  =	  1	  56Zn	  IAS	  TZ	  =	  -­‐2	  0+	  1+	  1+	  T	  =	  1	  1+	  T	  =	  1	  55Ni	  TZ	  =	  -­‐1/2	  T=1/2	  56Cu	  TZ	  =	  -­‐1	  Sp	  =	  560	  keV	  0+	  Indeed	  we	  observed	  the	  gamma	  transi;on	  deexci;ng	  the	  IAS	  β-­‐delayed	  	  γ-­‐proton	  emission	  (β-­‐γ)-­‐implant	  ;me	  correla;ons	  T1/2	  =	  (27	  ±	  8)	  ms	  	  A γ	  ray	  at	  1834.5	  ±	  1.0	  keV	  is	  observed	  in	  the	  56Zn-­‐	  In	  agreement	  with	  the	  β-­‐implant	  correlated	  γ-­‐spectrum	  corresponding	  to	  the	  de-­‐excitaSon	  ;me	  correla;on	  value:	  of	  the	  IAS	  T1/2	  =	  (32.9	  ±	  0.8)	  ms	  	  This is the first observation of
Beta-delayed gamma-proton decay in the fp shellT	  =	  2	  56Zn	  β	  T	  =	  2	  γ 	T	  =	  1	  T	  =	  1	  P	  	  IAS	  TZ	  =	  -­‐2	  0+	  1+	  1+	  1+	  T	  =	  1	  55Ni	  56Cu	  TZ	  =	  -­‐1	  Sp	  =	  560	  keV	  0+	  Proton-­‐gamma	  coincidences	  Gates onprotons" 	  We	  have	  observed	  for	  the	  ﬁrst	  Sme	  beta-­‐delayed	  gamma-­‐proton	  emission	  In	  three	  cases	  !!	  

γ	

IAS	  p 1711	  γ	γ	γ	γ	56Zn	  decay	  scheme,	  another	  surprise	  Qβ	  =	  12870(300)	  keV

T1/2	  =	  32.9	  (8)	  ms	  β+	  56%	  T	  =	  2	  p	  T	  =	  1	  861	  Bp	  =	  (88.5	  ±	  2.6)	  %	  44%	  γ	1835	  T	  =	  1	  66%	  T	  =	  1/2	  β+	  T1/2	  =	  209	  ms	  T	  =	  1	  309	  0.30	  0	  T	  =	  1	  β+	  56Cu(TZ	  =	  -­‐1)	  T1/2	  =	  93	  ms	  0+	  B(GT)	  	  B(F)	  2.7	  1.32	  T	  =	  1	  11.5%	  55Ni	  	  (T 	  =	  -­‐1/2)	  Z(TZ	  =	  -­‐2)	  0.34	  0	  T	  =	  1	  34%	  56Zn

Sp	  =	  560	  (140)	  (syst.	  AME2003)	  But	  this	  is	  NOT	  the	  end	  of	  the	  story!!!	  

56Fe(3He,t)56Co	  IAS	  	  H.	  Fujita	  et	  al.,	  Annual	  Report	  RCNP	  Osaka	  (2010)	  E	  =	  140	  AMeV	  ϑ	  =	  0°	  IAS	  The	  IAS	  is	  fragmented	  the	  mirror!!	  	  	  56Co	  excita;on	  energy	  [MeV]	  13/6/14	  Berta	  Rubio	  ARIS	  2014	  17	  Qβ	  =	  12870(300)	  keV

T1/2	  =	  32.9	  (8)	  ms	  β+	  56%	  T	  =	  2	  p	  T	  =	  1	  861	  Bp	  =	  (88.5	  ±	  2.6)	  %	  44%	  γ	T	  =	  1	  1835	  T	  =	  1	  T	  =	  1	  309	  66%	  T	  =	  1/2	  β+	  11.5%	  55Ni	  	  (T 	  =	  -­‐1/2)	  Z

T1/2	  =	  209	  ms	  T	  =	  1	  34%	  T	  =	  1	  β+	  56Zn

T	  =	  2,	  0+	  (TZ	  =	  -­‐2)	  B(GT)	  	  B(F)	  2.7	  0.02	  	  1.3	  0.34	  0	  0.30	  0	  Sp	  =	  560	  (140)	  the	  fragmenta;on	  of	  the	  IAS	  	  is	  important	  	  T1/2	  =	  93	  ms	  for	  the	  Mass	  evalua;on	  56Cu

(TZ	  =	  -­‐1)	  And	  now	  we	  can	  comapre	  with	  the	  Charge	  Exchange	  reac;on	  in	  the	  mirrow	  β+	  56%	  T	  =	  2	  p	  T	  =	  1	  861	  Bp	  =	  (88.5	  ±	  2.6)	  %	  44%	  γ	T	  =	  1	  1835	  T	  =	  1	  T	  =	  1	  309	  66%	  T	  =	  1/2	  β+	  11.5%	  55Ni	  	  (T 	  =	  -­‐1/2)	  Z

T1/2	  =	  209	  ms	  T	  =	  1	  34%	  T	  =	  1	  β+	  56Cu

(TZ	  =	  -­‐1)	  56Zn

(TZ	  =	  -­‐2)	  B-­‐decay	  PRELiM.	  CE	  B(GT)	  	  B(F)	  B(GT)	  	  	  B(F)	  2.9	  	  2.7(5)	  ≤0.32	  1.3(5)	   0.13	  	  1.1	  0.34(6)	  0	  0.43	  0	  0.30(9)	  0	  0.28	  0	  Sp	  =	  560	  (140)	  We	  were	  puzzled	  for	  some	  ;me….	  
Q#EC = 12870(300) keV

T=2, 0+56

Bp = 88.5(26) %Aprox.	  
10-­‐18	  s	  β

Ex [keV] B(F) B(GT)
3508(140) 2.7(5)}T=1, 0+,1+ 3423(140) 1.3(5) ≤0.32{861309

Aprox	  T=1, 1+ 2661(140)10-­‐15	  s	   + 2537(140)
T=1, (1 )T=1, 1+
T=1, 0+-+T=1/2, 7/2

1691(140)1391(140)

0.34(6)00.30(9)0Sp = 560(140) keV

β 55Ni (T =-1/2)

T=1, 4+z

T1/2 = 209 ms β+Zn (Tz=-2)
T1/2 = 32.9(8) ms

T=2, 0+1835p+56

Cu (Tz=-1)
T1/2 = 93 ms

56

30Zn26πp3/2
2828β-decay56

29Cu27

νf7/22855

28

282828Ni2728

28This neutron particle hole
Excitation is well above
55Ni ground state56

30Zn26πp3/256

28

28
νf7/2-B-decay28

55

28

28

29Cu2728

28Ni2728

28

This proton particle hole
excitation is well above
55Ni ground stateSummary“Mirror symmetry
Is beautiful”
I have presented the study of the beta decay of the Tz=-2 nucleus 56Zn
carried out at GANIL-LISE
We have measured the beta, the protons and the gammas after the decay,
We have observed evidence of the fragmentation of the isobaric analogue state
We have now a good understanding of this decay which could have never beenpossible without the information from the mirror nucleus 56Fe, in particular the CE
experiment at Osaka.
Nuclear structure seams to be ultimately the responsible of the proton-gamma
competition observed.

We have observed, for the first time the beta-delayed gamma-proton
Decay in the fp shell in three branches, this exotic decay affects the conventional
way of obtaining the B(F) and B(GT) in exotic proton rich nuclei.

13/6/14	  Berta	  Rubio	  ARIS	  2014	  23	  Future	  studies	  (hopefully	  soon)	  at	  RIKEN	  Tz=-­‐1,-­‐2	  @RIKEN	  64Se	  60Ge	  66Se	  62Ge	  Primary	  beam:	  78Kr,	  	  30	  pnA	  150	  	  pps	  1	  pps	  103	  pps	  2	  pps	  13/6/14	  Berta	  Rubio	  ARIS	  2014	  24	  The	  Collabora;on	  Physical review Letters, in printEND	  13/6/14	  Berta	  Rubio	  ARIS	  2014	  25