Test du Modèle Standard à basse énergie : mesure précise des rapports d’embranchement de 62 Ga : mesure précise de la durée de vie de 38 Ca

Abstract

L’étude précise des transitions β de Fermi super-permises 0+ → 0+ offre un outil précieux pour explorer les propriétés de l’interaction faible dans le cadre du Modèle Standard (SM). Collectivement, les forces (ft) mesurées pour ces transitions permettent de vérifier l’hypothèse CVC et contribuent au test le plus rigoureux de l’unitarité de la première ligne de la matrice de mélange des quarks CKM en fournissant l’évaluation la plus précise de l’élément dominant (Vud). Jusqu’à récemment, un apparent défaut d’unitarité a semé le doute sur la validité du SM minimal et a mobilisé un effort considérable afin d’élargir le champ d’étude à d’autres émetteurs de Fermi. Le 62Ga et 38Ca sont parmi des noyaux clés pour mener ces tests de précision au travers de la vérification de la fiabilité des corrections imposées aux valeurs ft expérimentales. La décroissance β de 62Ga a été étudiée auprès du séparateur IGISOL à Jyväskylä, avec un dispositif composé de 3 Clovers EUROBALL pour la détection du rayonnement γ. La mise en évidence de raies γ de très faible intensité (<1‰), au travers de corrélations β-γ et β-γ-γ, a permis de reconstruire partiellement le schéma de niveaux excités dans le 62Zn. Le rapport d’embranchement analogue déduit (B.R.A = 99.893(24) %) est utilisé pour extraire la valeur Ft(62Ga) universelle. Celle-ci s’avère en bon accord avec les 12 valeurs précises connues de la littérature. La compatibilité constatée entre la limite supérieure dressée ici sur le terme (δ1IM) et la prédiction théorique confirme l’importance des corrections de brisure de symétrie d'isospin dans les émetteurs β (A ≥ 62). L’étude de la décroissance de 38Ca a été réalisée auprès de l’installation ISOLDE du CERN. L’utilisation de la fluoration des fragments de réaction, pour isoler chimiquement les isotopes d’intérêt, alliée au piégeage d’ions assisté par REXTRAP et l’analyse TOF, ont permis de s’affranchir totalement du contaminant contraignant 38mK. Pour la première fois, la durée de vie de 38Ca est mesurée avec un échantillon de haute pureté. Le résultat préliminaire établi T1/2(38Ca) = 445.8(10) ms améliore la précision par rapport à l’ancienne valeur d’un facteur proche de 10.

Precise measurements of Fermi superallowed 0+→ 0+ β decays provide a powerful tool to study the weak interaction properties in the framework of the Standard Model (SM). Collectively, the comparative half-lives (ƒt) of these transitions allow a sensitive probe of the CVC hypothesis and contribute to the most demanding test of the unitarity of the quarks-mixing CKM matrix top-row, by providing, so far, the most accurate determination of its dominant element (Vud). Until recently, an apparent departure from unity enhanced a doubt on the validity of the minimal SM and thus stimulated a considerable effort in order to extend the study to other Fermi emitters available. The 62Ga and 38Ca are among key nuclei to achieve these precision tests and verify the reliability of the corrections applied to the experimental ƒt-values. The 62Ga β-decay was investigated at the IGISOL separator in Jyväskylä, with an experimental setup composed of 3 EUROBALL Clovers for γ-ray detection. Very weak intensity (<1‰) γ-rays were identified, via β−γ and β−γ−γ correlations, and allowed a partial decay scheme reconstruction in 62Zn. The newly established analog branching-ratio (B.R.A = 99.893(24) %) was used to compute the universal Ft-value (62Ga). The latter turned out to be in good agreement with the 12 well-known cases. Compatibility between the upper limit set here on the term (δ1IM) and the theoretical prediction suggests that the isospin-symmetry-breaking correction is indeed large for the heavy (A ≥ 62) β-emitters. The study of the 38a decay was performed at the CERN- ISOLDE facility. Injection of fluorine into the ion source, in order to chemically select the isotopes of interest, assisted by the REXTRAP Penning trap facility and a TOF analysis, enabled us to eliminate efficiently the troublesome 38mK. For the first time, the 38Ca half-life is measured with a highly purified radioactive sample. The preliminary result obtained, T1/2(38Ca) = 445.8(10) ms, improves the precision on the half-life as determined from previous measurements by a factor close to 10.