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GANIL, les premières expériences

First experiments at Ganil, the French Large Heavy Ion Accelerator
René Bimbot
p. 168-179

Notes de la rédaction

Dans cet article, René Bimbot compare les thèmes des premières expériences réalisées au Ganil en 1982 à ceux qui figuraient dans l’argumentaire scientifique présenté sept ans plus tôt à l’appui du projet et il analyse les raisons des différences observées. Un tel bilan n’avait jamais été effectué auparavant.

Texte intégral

1Le projet de grand accélérateur national d’ions lourds avait été accepté en 1976 sur les bases d’un dossier élaboré entre 1972 et 1975. Ce dossier, présenté dans un document [1] appelé communément « le second livre bleu Ganil » comportait un volet scientifique synthétisant les principales questions auxquelles le futur accélérateur devait apporter des réponses expérimentales et un volet technique décrivant la machine susceptible de satisfaire au mieux ces demandes. Le volet scientifique avait été conçu à partir des données expérimentales les plus récentes obtenues sur l’accélérateur français Alice [2-4] et sur ses homologues étrangers, et des prévisions théoriques sur leur extrapolation à plus haute énergie. C’est lui qui servit de base aux autorités de tutelle lorsqu’elles prirent la décision de construire l’accélérateur. Cependant, cette construction ne fut achevée que fin 1982. Près de huit années s’écoulèrent donc entre la rédaction du second livre bleu et les premières expériences qui eurent lieu début 1983. Naturellement, pendant ces huit années, les recherches s’étaient poursuivies, en France et à l’étranger. Il paraît donc intéressant de comparer les thèmes de ces premières expériences avec ceux qui constituaient l’argumentaire scientifique du second livre bleu. C’est le but de cet article.

  • 1 Kaufmann and Wolfgang, Proc. Second Conference on Reactions between complex nuclei, May 2-4 1960, G (...)

Figure 1. Classement des réactions induites par ions lourds en 1958 (D’après Kaufmann et Wolfgang1)

Figure 1. Classement des réactions induites par ions lourds en 1958 (D’après Kaufmann et Wolfgang1)

La physique des ions lourds, de ses débuts à 1974

  • 2 Il s’agissait de la Conference on Reactions Between Complex Nuclei, évoquée dans la référence [2] d (...)

2Bien que le premier faisceau d’ions lourds (des ions de carbone 12) ait été accéléré à Berkeley dès 1940, ce n’est qu’en 1958, lors d’une conférence2 tenue à Gatlinburg (Tennessee) que la physique des ions lourds prit son envol au niveau international. Comme on peut le voir sur la figure 1 et dans un encadré explicatif de la référence [2] de la bibliographie, les collisions engendrées par ces projectiles plus lourds que des noyaux d’hélium étaient alors classées en trois catégories, correspondant respectivement

  1. à des trajectoires distantes, pour lesquelles les noyaux en collision peuvent échanger de l’énergie sans que leur matière ne s’interpénètre réellement,

  2. à des trajectoires rasantes pour lesquelles les deux noyaux se frôlent et peuvent échanger de l’énergie ou de la matière sous forme de nucléons (protons ou neutrons), sans grande modification de l’énergie cinétique du projectile,

  3. et à des collisions franches, conduisant à la fusion du projectile et de la cible en un seul noyau, dit composé, qui évacue ensuite son surcroît d’énergie en émettant plusieurs nucléons, par un processus dit d’évaporation.

  • 3 Le paramètre d’impact est défini comme étant la distance b entre la trajectoire (rectiligne) du cen (...)

3Ce classement était effectué pour une énergie incidente supposée constante, la grandeur physique servant de guide étant le paramètre d’impact3, noté b sur la figure 1.

  • 4 Parmi les travaux ayant permis l’identification et la caractérisation de cette nouvelle classe de r (...)

4La rédaction du second livre bleu Ganil se situe 17 ans plus tard. Les comptes-rendus d’une autre conférence, tenue en 1974 à Nashville, permettent de faire le point sur l’évolution de la physique des ions lourds pendant toutes ces années. La Conférence internationale de Nashville est la septième concernant la physique des ions lourds. Afin de faire écho à celle de Gatlinburg, tenue en 1958 dans le même État, les organisateurs de cette rencontre lui ont donné le même titre : Reactions Between Complex Nuclei. Dans l’avant-propos (foreword) du recueil des exposés invités de cette conférence [5], Paul H. Stelson souligne le fait que beaucoup des sujets traités lors de la rencontre de Gatlinburg sont encore très actuels en 1974, les plus grands progrès ayant été effectués dans le domaine des techniques expérimentales (production de grandes variétés de faisceaux d’ions et améliorations cruciales des techniques de détection). Il ajoute toutefois que la grande popularité acquise par cette branche de la physique nucléaire provient du fait qu’elle pose des questions nouvelles sur le comportement et la structure des ions lourds. Effectivement, c’est un nouveau pan de la théorie des collisions de projectiles complexes qui a été mis en évidence, en particulier par les résultats obtenus depuis 1970 sur l’accélérateur Alice [3,4]. Une quatrième catégorie de réactions a été ajoutée à celles qui avaient été identifiées en 1958. Elle correspond aux transferts très inélastiques (deep inelastic transfers), réactions qui se produisent pour des collisions dont le paramètre d’impact est intermédiaire entre ceux des catégories 2 et 3 de la classification présentée sur la figure 1 et se caractérise par une perte importante d’énergie cinétique du projectile associée à un échange d’un nombre plus ou moins important de nucléons4 (voir figure 2).

5Il faut remarquer qu’il n’existe pas de traitement théorique « universel » de ces quatre classes de réactions. La première (diffusion élastique ou inélastique) est généralement interprétée dans le cadre de la mécanique quantique, en faisant appel à des simplifications dont la plus courante est la DWBA (Distorted wave Born approximation). Pour les transferts quasi-élastiques de la seconde catégorie, les théoriciens ont élaboré une théorie bâtarde, dite « semi-classique », dans laquelle le mouvement des ions sur leur trajectoire est calculé par la mécanique classique, alors que les échanges de nucléons le sont par la mécanique quantique. Comme l’indique leur nom, les réactions de fusion-évaporation comportent deux étapes :

    • 5 Il s’agit en fait d’un équilibre statistique.

    la fusion, c’est-à-dire l’union du projectile et de la cible en un seul noyau, appelé « noyau composé » qui regroupe l’ensemble des composants (nucléons) des deux partenaires de la collision et dans lequel l’énergie excédentaire se répartit uniformément5 entre tous ces nucléons,

  • et l’évaporation, processus au cours duquel l’énergie excédentaire s’évacue par émission de nucléons.

  • 6 MeV = million d’électron-Volts.

6Aux faibles énergies (inférieures à 10 MeV6 par nucléon), ces deux étapes sont nettement séparées dans le temps. La première (fusion menant au noyau composé) est interprétée par une succession de chocs individuels des nucléons du projectile et de la cible, tandis qu’une théorie issue de la thermodynamique statistique explique la phase d’évaporation.

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Figure 2. Schéma d’une réaction de transfert très inélastique

1-Approche de l’ion incident,
2-Les deux noyaux en contact forment un système composite,
3-Des échanges de nucléons se produisent pendant que le système composite tourne sur lui-même,
4-Les deux partenaires se séparent et le résidu de l’ion incident repart dans une direction fortement modifiée.

L’argumentaire scientifique du second « livre bleu Ganil »

  • 9 Il s’agissait de quatre expérimentateurs, Claude Détraz et Marc Lefort (IN2P3), Samuel Harar et Mic (...)
  • 10 Dans le rapport, le mot « actuels » est utilisé au lieu du mot « existants » employé ici pour évite (...)
  • 11 Comme cela a déjà été souligné dans la référence [4], cet argumentaire diffère notablement de celui (...)

7Rédigé par un groupe de six physiciens9, à partir d’idées émanant d’un collectif plus large, le Conseil des physiciens de Ganil, et publié en avril 1975, l’argumentaire scientifique du second livre bleu Ganil [1] traduit bien la situation décrite ci-dessus. Il classe en deux catégories les possibilités nouvelles que devrait apporter la future machine, d’une part, « l’extension à une gamme plus large de projectiles et à plus haute énergie des études déjà ébauchées avec les accélérateurs existants10 » et d’autre part l’extension au-delà du domaine connu (à l’époque) de l’étude des réactions nucléaires mettant en jeu l’interaction de gros fragments, et interprété « à l’aide de concepts globaux – et sans doute grossiers – d’une macrophysique nucléaire ». La première partie est présentée par les auteurs comme « la plus solidement établie », alors que la seconde est qualifiée de « plus spéculative », mais « réservant sans doute plus de surprises »11

Figure 3. Les domaines d’étude en fonction de l’énergie et du numéro atomique de l’ion incident. Place du projet Ganil.

Figure 3. Les domaines d’étude en fonction de l’énergie et du numéro atomique de l’ion incident. Place du projet Ganil.

(D’après la référence [1])

8Dans la suite du rapport, les auteurs développent ces deux parties, mais auparavant, ils rappellent les caractéristiques générales des réactions par ions lourds. Dans ce rappel, ces réactions ne sont pas classées en fonction du paramètre d’impact, comme cela avait été fait régulièrement depuis 1958, mais en fonction de l’énergie incidente des ions. Selon l’aveu même des auteurs, ce classement est un peu grossier, « car l’extension en énergie des divers phénomènes est relativement grande », mais il permet « de situer les caractéristiques de Ganil par rapport aux ordres de grandeur qui régissent les phénomènes nucléaires », en faisant notamment apparaître trois vitesses–clés que les ions doivent atteindre pour que des phénomènes nouveaux puissent prendre naissance. Ces vitesses correspondent respectivement :

  • à la barrière coulombienne, qui traduit la répulsion électrostatique subie par le projectile de la part du noyau-cible. Cette barrière, qui doit être franchie pour que la matière constituant les deux noyaux puisse s’interpénétrer, varie de 3 à 8 MeV par nucléon selon le couple projectile-cible concerné.

  • à l’énergie moyenne de séparation des nucléons (énergie d’environ 8 MeV par nucléon nécessaire pour extraire un proton ou un neutron d’un noyau donné)

  • à la vitesse théorique des nucléons dans la matière nucléaire, (correspondant à environ 30 Mev par nucléon), à laquelle il sera plus tard fait référence sous la dénomination d’énergie de Fermi.

9Il est aisé de comprendre la démarche qui a conduit les auteurs du rapport à cette présentation des réactions nucléaires. Moins rigoureuse que le classement habituel, elle permet néanmoins de mettre en évidence l’originalité du projet Ganil par rapport aux accélérateurs existants, originalité qui réside principalement dans l’augmentation de l’énergie des projectiles, qui passe d’environ 10 à 100 Mev par nucléon pour les plus légers d’entre eux.

10En fait, on retrouve, dans ce classement les quatre catégories de réactions définies plus haut.

11Les collisions distantes (catégorie 1), seules possibles aux énergies inférieures à la barrière coulombienne, donnent naissance à des transferts d’énergie sous forme électromagnétique entre les partenaires de la collision.

12Dès que cette barrière est franchie, les processus dominants sont les réactions de fusion (catégorie 3), qui perdurent jusqu’à des énergies élevées.

  • 12 C’est ici que le classement proposé est le plus critiquable. En réalité, les phénomènes de surface (...)

13Toujours selon ce rapport, les processus de catégorie 2, « domaine privilégié de la spectroscopie des noyaux moyens et légers » apparaîtraient « un peu au-dessus de la barrière coulombienne », et les échanges de grandes quantités d’énergie ou de grands nombres de nucléons, phénomènes relevant de la macrophysique (catégorie 4) deviendraient notables lorsque « l’énergie incidente par nucléon se rapproche de l’énergie de séparation moyenne des nucléons »12.

14Enfin, lorsque la vitesse du projectile approcherait celle des nucléons dans la matière nucléaire, des phénomènes nouveaux, du type « ondes de choc », pourraient apparaître.

15L’ensemble de ce classement est résumé sur la figure 3 du rapport, redessinée ici (figure 3), qui met en évidence la diversité des processus engendrés par les collisions d’ions lourds, et qui montre également que le Ganil, s’il est construit, surclassera les accélérateurs d’ions lourds français existants (Tandems de 13 mégavolts et Alice). Remarquons toutefois que cette figure est extrêmement pauvre en ce qui concerne les énergies supérieures à 100 Mev/nucléon (énergie maximale de Ganil). Cela s’explique par le fait que l’accélérateur Bévalac, qui permettra d’accéder à cette gamme d’énergies, vient seulement d’être mis en service (voir plus loin).

16Dans la suite du rapport, les auteurs développent les deux parties présentées en introduction.

17Ce développement couvre la quasi-totalité de la physique des ions lourds, mais pour l’étude présentée ici, l’ensemble des thèmes d’expériences envisagées dans ce rapport peut être subdivisé en six catégories :

    • 13 Le terme « exotique » a été introduit dans les années 1960 pour désigner les noyaux dont l’image da (...)

    La production et l’étude de nouveaux noyaux, dits « exotiques13 » (catégorie notée ici EX).

  • Les études de la structure nucléaire des noyaux (niveaux d’énergie, rayonnements émis par radioactivité, etc.). Cette catégorie sera notée SN.

  • Les études du mécanisme des collisions les plus périphériques (diffusions élastique et inélastique du projectile, réactions de transfert), c’est-à-dire relevant des catégories 1 et 2 définies ci-dessus, que nous regrouperons sous le symbole CP.

  • Les études du mécanisme des réactions de fusion (catégorie 3 notée ici FU).

  • Les études du phénomène de transferts très inélastiques (catégorie 4 notée ici TTI).

  • Les phénomènes collectifs nouveaux devant apparaître aux énergies de Ganil (catégorie notée ici PhC).

18Le rapport de 1975 ne donnait, bien entendu, aucune indication sur l’importance relative des efforts qui seraient portés par les futurs expérimentateurs sur chacun de ces six grands thèmes de recherche. Il fallut attendre sept années pour recevoir de premiers éléments de réponse à cette question.

Les premières propositions d’expériences au Ganil

  • 14 Ce comité, qui comprenait 12 membres, avait tenu sa première réunion le 18 février 1982. Son présid (...)
  • 15 Lefort, Marc, Tentative d’analyse préliminaire et subjective des lettres d’intention pour la premiè (...)

19En mars 1982, le Comité d’expériences du Ganil14 qui venait d’être constitué, avait demandé à l’ensemble des physiciens nucléaires français de lui faire parvenir des lettres d’intention d’expériences portant sur les deux années qui suivraient la mise en service de l’accélérateur, prévue pour le début de 1983. Comme leur nom l’indiquait, ces lettres n’avaient pas valeur d’engagement ferme, mais constituaient une première prise de contact en vue de futures propositions d’expériences. Quarante-quatre réponses parvinrent au Comité. Elles émanaient de 214 physiciens, dont 183 français. Ces chiffres montraient clairement que le démarrage du grand accélérateur serait un succès. Le 11 mai, peu avant leur examen par le Comité, Marc Lefort, alors directeur du Ganil, en rédigea une analyse15 sur laquelle nous reviendrons plus loin.

  • 16 Laboratoire européen de physique des particules (Genève).

20La deuxième étape de cette procédure, inspirée du fonctionnement du Cern16, était l’envoi de propositions d’expériences proprement dites. Ces propositions, accompagnées de demandes de temps, concernaient la période allant de janvier à juillet 1983. Elles furent examinées par le Comité d’expériences du Ganil le 20 septembre 1982. Vingt-neuf propositions d’expériences furent déposées par les physiciens nucléaires, ce qui représentait une fraction raisonnable des lettres d’intention, compte tenu du fait que les faisceaux disponibles se limiteraient à l’argon et qu’une partie seulement des équipements du Ganil serait en fonctionnement dans la période considérée. Il faut remarquer que ces propositions étaient présentées presque exclusivement par des laboratoires français. Les chercheurs étrangers n’y figuraient que comme collaborateurs minoritaires. Une seule expérience était proposée à l’initiative de laboratoires allemands (de Darmstadt et Francfort), avec l’appui de deux laboratoires français (de Caen et Saclay).

21Parmi ces 29 demandes de temps de faisceau, huit concernaient des études de caractéristiques générales des réactions induites par les faisceaux de Ganil ou s’attaquaient simultanément à plusieurs aspects de ces réactions, ou encore étaient destinées à des tests expérimentaux. Elles ne peuvent donc pas être classées dans la grille des six catégories définies ci-dessus. Les 21 autres se répartissaient comme indiqué sur la figure 4.

22Cette répartition est loin d’être uniforme. Il n’y avait d’ailleurs, a priori, aucune raison pour qu’elle le soit. Cependant, on est frappé par l’écrasante majorité des expériences relevant de la macrophysique, qui représentent 18 propositions sur les 21 qui ont été classées.

Figure 4 : Répartition par thèmes des 21 propositions ne concernant pas les expériences à caractère général

Figure 4 : Répartition par thèmes des 21 propositions ne concernant pas les expériences à caractère général

Les symboles utilisés pour classer ces thèmes sont définis dans le texte.

Figure 5 : Répartition par thèmes des 33 lettres d’intention ne concernant pas des expériences à caractère général

Figure 5 : Répartition par thèmes des 33 lettres d’intention ne concernant pas des expériences à caractère général

Les symboles utilisés pour classer ces thèmes sont définis dans le texte.

  • 17 Lise signifie « Ligne d’ions super-épluchés » et Speg « Spectromètre à Ganil.

23Tout d’abord, comme nous l’avons signalé, les aires expérimentales de Ganil n’étaient pas encore équipées en totalité. Notamment, les deux spectromètres Lise et Speg17, destinés respectivement à la collection de noyaux exotiques et à l’analyse d’expériences avec une haute résolution (relevant en majorité de la catégorie CP) ne seraient opérationnels qu’en 1984. Mais cette raison n’est pas la seule, comme le montre l’examen des lettres d’intention, qui, elles, concernaient l’ensemble du dispositif expérimental. Le diagramme de répartition correspondant à ces lettres est représenté sur la figure 5. La disparité est, certes, moins marquée, mais existe toujours. Les expériences de « macrophysique » sont deux fois plus nombreuses que les expériences « classiques », puisqu’elles représentent 22 lettres d’intention sur les 33 analysées. C’est ce que souligne Marc Lefort dans la conclusion de l’analyse que nous avons mentionnée ci-dessus : « En conclusion, pour les deux ans à venir, la grande majorité des physiciens se précipite vers l’étude des caractéristiques macroscopiques des collisions et de leurs conséquences ».

24Il faut, bien sûr, remarquer que nous assistons à une démarche logique et courante en physique nucléaire : lorsqu’un nouveau domaine d’étude est ouvert (nouveaux projectiles ou nouvelles énergies), les premières études réalisées concernent toujours les mécanismes de réaction et ce n’est que dans un second temps, lorsque leurs caractéristiques sont connues, que ces réactions peuvent être utilisées pour produire de nouveaux noyaux et étudier leurs propriétés.

25Mais il n’en reste pas moins que cette répartition très contrastée reflète un phénomène de mode. De la même façon que les études mettant en jeu les ions lourds, décriées vers le milieu des années 1960, avaient connu une vogue au début des années 1970, la macrophysique a le vent en poupe en ce début des années 1980. Cependant, cet engouement n’est pas sans fondement. Il repose sur des bases scientifiques. Comme cela a été mentionné au début de cet article, ces bases existaient déjà en 1974, puisque les premiers résultats obtenus avec des projectiles très lourds (notamment les ions de krypton d’Alice) avaient placé en première ligne le comportement « fluide » de la matière nucléaire et relancé les interprétations théoriques issues de la dynamique des fluides. De plus, des événements nouveaux, dont les principaux sont présentés ci-dessous, étaient survenus pendant les sept années séparant la publication du « second livre bleu » de la réunion du premier comité d’expériences, et n’avaient fait que renforcer cet attrait pour la macrophysique des noyaux. L’analyse des réunions scientifiques concernant la physique des ions lourds, qui se multiplièrent entre 1974 et 1982, permet de suivre l’évolution de cette physique. Deux d’entre elles, en connexion étroite avec le projet Ganil, seront examinées ici.

Caen 1976 : apparition de la « boule de feu »

26La Conférence européenne de physique nucléaire avec des ions lourds [7], tenue à Caen du 6 au 10 septembre 1976, rassembla plus de 400 participants en provenance de 27 pays. Comme le lieu où se tenait cette conférence en témoigne, elle était particulièrement orientée dans la perspective de la mise en service du Ganil. Elle permit de faire le point sur les avancées de la physique des ions lourds depuis la conférence de Nashville, tenue deux ans plus tôt.

  • 18 L’Unilac de Darmstadt accélérait tous les ions jusqu’à l’uranium (masse 238) alors qu’Alice s’arrêt (...)

27Au cours de ces deux années, deux accélérateurs d’importance majeure, le Bevalac de Berkeley et l’Unilac de Darmstadt, avaient été mis en service. Malgré cela, l’accélérateur Alice d’Orsay [3], restait l’un des plus actifs dans le domaine de la macrophysique. L’accélérateur linéaire Unilac de Darmstadt, surclassait Alice par l’intensité et l’énergie des faisceaux accélérés ainsi que par le domaine de masse couvert par ces faisceaux18. Mais il ne fonctionnait que depuis 1975 et n’avait pas encore produit beaucoup de résultats.

  • 19 Un gigaélectronvolt est un milliard d’électronvolt.

28Quant au Bevalac, l’ensemble accélérateur de Berkeley qui associait l’accélérateur linéaire Superhilac et un synchrotron, le Bevatron, il produisait depuis 1974 des faisceaux d’ions lourds de très haute énergie (du domaine du Gigaélectronvolt19 par nucléon), ce qui avait lancé l’exploration de ce nouveau domaine. Mais il n’entrait pas en concurrence directe avec celui d’Alice, qui correspondait à des énergies 100 fois plus faibles. En revanche, les résultats du Bevalac, bien qu’encore relativement peu nombreux en 1976, présentaient un intérêt considérable dans la perspective des expériences projetées au Ganil, parce qu’ils procuraient une référence à une énergie dix fois plus élevée que celles qu’auraient les faisceaux Ganil, alors que ceux d’Alice – et de l’Unilac – lui fournissaient des points de référence à des énergies dix fois plus faibles.

29Onze des exposés invités de cette conférence de Caen [7] concernaient les domaines scientifiques (hors instrumentation). Leur liste est donnée dans l’encadré 1. Ils ont été numérotés pour les besoins de la courte discussion présentée ci-dessous.

30Remarquons tout d’abord qu’un bon équilibre entre expérience et théorie a été réalisé, puisque six de ces exposés (les numéros 2, 3, 4, 8, 9 et10) sont à dominante théorique quatre (les numéros 1, 5, 6 et 11) à dominante expérimentale et un (le numéro 7) présente les deux aspects de son thème.

31En ce qui concerne les thèmes traités, l’exposé numéro 9 se distingue des autres puisqu’il s’intéresse uniquement aux projectiles légers. Les numéros 10 et 11 se rapportent aux hautes énergies et les huit autres aux énergies inférieures à la future énergie de Ganil. Quatre d’entre eux – deux concernant la structure nucléaire (les numéros 1 et 3) et deux les collisions élastiques ou quasi-élastiques (n° 2 et 4) – sont consacrés à la physique nucléaire « classique », et quatre (les numéros 5, 6, 7 et 8) à la macrophysique du noyau. Parmi ces derniers, seul l’exposé numéro 5 concerne la fusion alors que trois exposés (6, 7 et 8) sont relatifs aux collisions très inélastiques. C’est donc ce dernier thème qui a été privilégié par les organisateurs, ce qui est assez logique puisque ce mécanisme de réaction n’est connu – ou en tout cas n’est étudié – que depuis cinq ou six ans. De façon un peu surprenante, aucun exposé invité n’a été dévolu au domaine des noyaux exotiques.

32Cependant, la conclusion de cette analyse est que, contrairement à ce qui se passera pour les premières expériences proposées au Ganil en 1982, les thèmes sont équitablement distribués entre la physique nucléaire « classique » et la macrophysique du noyau. Cela démontre que les organisateurs de cette conférence ont fait preuve d’éclectisme dans le choix des exposés invités, notamment parce qu’ils souhaitaient attirer une communauté de physiciens aussi large que possible, mais aussi que la pression sur la macrophysique n’est pas encore trop intense…

Encadré 1

Conférence européenne de physique nucléaire avec des ions lourds

Exposés invités (hormis la session sur l’instrumentation)

1- O. Hansen et J Garrett : Present state of experimental direct reactions with emphasis on nuclear structure information

2- K.S. Low : Direct reaction mechanisms : one-step and two-step processes

3- Z. Szymanski : High angular momenta and yrast states

4- D. M. Brink : Heavy ion potentials: a critical review of various approaches

5- M. Lefort : Complete fusion and its limitation

6- J. Galin : Experimental situation in deep inelastic reactions with respect to the rapidly relaxed modes

7- L. G. Moretto and R. Schmitt : Experimental evidences and physical implications of the time evolution along the mass asymmetry mode

8- W. Norenberg : Relaxation phenomena in and microscopic transport theories of deeply inelastic collisions

9- H. Feshbach : Intermediate structure in light ion reactions

10- J. P. Bondorf : HI reactions between 30 and a few hundred MeV/u

11- H. H. Gutbrod : Central collisions of relativistic ions

12- P. Bonche : TDHF calc of HI collisions (hc - description microscopique des réactions)

  • 20 Gutbrot, H., « Central collisions of relativistic heavy ions », in référence [7], pp. C5-209 à C5-2 (...)
  • 21 Westfall, G.D. et al., Phys. Rev. Lett. 37, 1976, p. 1202.

33Mais c’est au cœur de l’exposé invité numéro 11, qui traite des collisions « centrales » engendrées par des ions lourds de très haute énergie, que réside peut-être l’élément le plus important de cette conférence. Dans cet exposé20, Hans Gutbrot donne les tout premiers résultats des expériences qu’il a menées au Bevalac avec son équipe. À l’aide d’un dispositif capable de mesurer de grands nombres de particules émises simultanément, ces chercheurs ont mis en évidence de véritables gerbes de particules de haute énergie. Pour interpréter ces observations, ils ont élaboré un modèle21, celui de la « boule de feu ». Selon ce modèle, schématisé sur la figure 6, le noyau projectile réagit avec le noyau cible à la manière d’un emporte-pièce. Une partie seulement de ses nucléons interagissent avec une partie des nucléons de la cible, ceux qui se trouvent directement sur leur trajectoire. L’ensemble de ces nucléons est désigné par le terme de « participants », et les autres ne sont que « spectateurs » de cette interaction. Les spectateurs issus de la cible restent sur place, constituant le « fragment-cible », alors que ceux qui proviennent du projectile constituent le « fragment-projectile » qui poursuit son mouvement sur une trajectoire inchangée. La collision représentée sur la figure 6 est désignée par le terme de « fragmentation » du projectile. La zone de recouvrement du projectile et de la cible est portée à très haute température par l’énergie provenant de la collision et c’est de cette « boule de feu » que sont émises les nombreuses particules de haute énergie détectées expérimentalement.

Figure 6. Boule de feu et fragmentation du projectile (d’après Hans Gutbrot [7])

Figure 6. Boule de feu et fragmentation du projectile (d’après Hans Gutbrot [7])

La sphère P représente le projectile, de vitesse vi, avant la collision. Les 3 autres objets représentent l’état du système après la collision : FC est le fragment-cible, FP le fragment-projectile, de vitesse vi, et BF la boule de feu, de vitesse vbf, plus faible que vi. Le symble b désigne le paramètre d’impact.

  • 22 Auquel il est également fait référence dans la littérature sous le nom de « abrasion-ablation model (...)

34Ce modèle22 peut sembler naïf, mais il aura beaucoup de succès, en particulier au sein de la communauté des physiciens français qui préparent les futures expériences au Ganil. En effet, la fragmentation du projectile, accompagnée de la formation de cette boule de feu, doit se produire pour les paramètres d’impact qui correspondent, à basse énergie, aux transferts très inélastiques. Aux énergies des faisceaux Ganil, les physiciens peuvent désormais espérer observer la transition entre ces deux phénomènes, radicalement différents.

35Toujours à haute énergie, selon le même modèle participant-spectateur, les faibles paramètres d’impact, qui correspondent à basse énergie à des réactions de fusion, aboutissent à la disparition du projectile, alors que la cible explose littéralement en une multitude de particules de haute énergie. La question qui se pose désormais aux physiciens est la suivante : jusqu’à quelles énergies incidentes le processus de fusion subsistera-t-il ? Sa disparition surviendra-t-elle aux énergies accessibles au Ganil c’est-à-dire comprises entre 20 et 100 MeV par nucléon ? Mais ces questions ont déjà été posées depuis plusieurs années et l’image de la boule de feu est en fait la grande nouveauté de cette conférence.

Les journées Ganil de 1979 

  • 23 Institut des sciences nucléaires.

36En novembre 1979 eurent lieu les troisièmes et dernières « Journées Ganil ». Elles succédaient à celles qui s’étaient tenues respectivement en juin 1976 dans les locaux de Supelec (Centre d’Orsay) et en novembre 1977, à Bréville-les-Monts, près de Caen. La direction du grand accélérateur en construction avait organisé ces rencontres afin de créer et de maintenir une liaison forte entre les futurs utilisateurs de Ganil (voir [8]). Les journées de 1979 réunissaient 150 participants. Elles avaient pour principal objectif de définir aussi précisément que possible les équipements qui seraient nécessaires à la réalisation des premières expériences. Elles avaient été préparées, à l’initiative du Comité scientifique de Ganil, par des groupes de travail rassemblant plus de 200 physiciens. Pour la première fois, une place importante était consacrée à la discussion des thèmes de ces expériences, sous la forme d’une « Table ronde sur la physique entre 10 et 100 MeV par nucléon », organisée par Samuel Harar et animée par six orateurs principaux. Comme l’indiquent leurs titres (voir encadré 2), ces six exposés constituaient une revue assez complète des divers champs de physique. Ils s’inspiraient explicitement des nombreuses réunions scientifiques tenues dans plusieurs pays au cours de l’année 1979, et en particulier des journées de Serre-Chevalier, consacrées à la physique des ions lourds à 30 MeV par nucléon et organisées par l’ISN23 de Grenoble, ainsi que du « Symposium on Heavy Ion Physics between 10 and 200 MeV/n » qui s’était tenu à Brookhaven (États-Unis). L’examen du contenu de cette table ronde [8] permet de mesurer quelle avait été l’évolution des idées depuis la Conférence européenne de 1976. Les points les plus marquants sont présentés ci-dessous :

  • Pratiquement rien à signaler en ce qui concerne les réactions les plus périphériques, c’est-à-dire la diffusion élastique ou inélastique et les transferts très inélastiques. Ces réactions étaient restées l’apanage des « experts », expérimentateurs et théoriciens, et si leurs efforts avaient abouti à des progrès, ceux-ci n’étaient ni spectaculaires ni capables d’entraîner une masse de nouveaux entrants dans ces domaines.

  • Pour ce qui est des collisions moins périphériques, le modèle de la boule de feu introduit en 1976 et le vocabulaire issu des hautes énergies avaient fait fortune et les termes de « fragmentation du projectile » et de « participants-spectateurs » étaient devenus tout à fait courants. La comparaison des résultats du Bevalac avec ceux qui avaient été obtenus à basse énergie suggérait de plus en plus que la zone de transition entre transferts très inélastiques et fragmentation se situerait entre 20 et 100 MeV par nucléon, soit exactement dans le domaine d’énergies du Ganil.

  • Des progrès avaient été faits dans les prévisions de production de noyaux exotiques, notamment par fragmentation du projectile et cette méthode s’avérait déjà comme prometteuse.

  • Il était évident depuis longtemps que la fusion totale disparaîtrait avec la montée en énergie. Mais on imaginait de mieux en mieux les causes de cette disparition. Quatre raisons principales étaient invoquées :

  1. Les énergies de rotation communiquées au noyau de fusion augmentant, celui-ci ne pourrait plus se former en raison des importantes forces centrifuges mises en jeu.

  2. Les énergies d’excitation communiquées au noyau de fusion étant de plus en plus élevées, celui-ci finirait par se volatiliser en fragments multiples. Un processus « d’ébullition » de la matière nucléaire se substituerait ainsi à l’évaporation de nucléons.

  3. Avec l’augmentation de l’énergie d’excitation, les temps associés à l’émission de particules iraient en diminuant. Cette émission se ferait de plus en plus à partir de « points chauds » (hot spots) et l’équilibre statistique caractérisant le noyau composé ne pourrait plus être atteint.

  4. La vitesse élevée du projectile favoriserait un processus au cours duquel seule une partie de ce projectile (les participants), s’unirait à la cible, le fragment restant (les spectateurs) poursuivant son mouvement. Un mécanisme de « fusion incomplète » prendrait ainsi peu à peu le pas sur la fusion complète. Ce mécanisme constituerait l’autre facette de la fragmentation du projectile, une fragmentation de relativement basse énergie pour laquelle le phénomène de boule de feu ne serait pas observé.

37Pour l’ensemble des phénomènes relevant de la macrophysique, il devenait ainsi évident que des expériences très élaborées s’imposaient. Il serait nécessaire de procéder systématiquement à la mesure simultanée des caractéristiques (charge et/ou masse, et énergie) de plusieurs particules (noyaux résiduels et particules émises) pour résoudre les ambiguïtés pouvant apparaître dans l’interprétation des observations. Cependant celles-ci reflèteraient toujours le bilan des deux stades de la réaction mise en jeu, le stade primaire étant, par exemple la fusion projectile-cible ou le transfert très inélastique et le stade secondaire l’émission de particules à partir du (ou des) noyau(x) primaire(s) excité(s).

38Deux suggestions retiennent l’attention lorsque l’on connaît le succès qu’elles obtiendront ; l’une est de recourir à des simulations informatiques pour remonter des grandeurs observées aux noyaux issus du stade primaire, et l’autre, valable lorsque la cible est un noyau lourd, est de tester la formation d’un noyau de fusion en mesurant l’angle de corrélation des fragments résultant de sa fission. Nous reviendrons en détail sur cette dernière dans ce qui suit.

Encadré 2

Table ronde sur la physique entre 10 et 100 MeV par nucléon, organisée par Samuel Harar

(Troisièmes journées Ganil – novembre 1979)

1- Jean-Pierre Coffin (CRN Strasbourg) : Quelques thèmes concernant les réactions entre ions lourds, discutés lors de réunions scientifiques au cours de l’été 1979

2- Bernard Fernandez (CEA Saclay) : Diffusion élastique et inélastique

3- Michel Mermaz (CEA Saclay) : Réactions directes de surface

4- Joël Galin (IPN Orsay) : La fusion complète entre noyaux lourds

5- Christian Ngo (CEA Saclay) : Evolution des réactions très inélastiques à haute énergie

6- Jean-François Bruandet (ISN Grenoble) : L’information gamma en physique des ions lourds

39À l’issue de ces journées de 1979, les physiciens disposaient encore de trois années pour mettre au point leur stratégie et leur matériel en vue de leurs premières expériences au Ganil, mais certaines équipes allaient être en mesure d’explorer beaucoup plus tôt le domaine des ions lourds aux énergies intermédiaires. Et c’est au Cern, le laboratoire européen de physique des particules, que l’on croyait très éloigné de la physique des ions lourds, qu’était apparue cette possibilité nouvelle…

La surprise venue du CERN

  • 24 Qui portait le nom de Sara (Système accélérateur Rhône-Alpes).
  • 25 Allardyce B. W., Fiebig A., Le Dallic G., Madsen J. H. B., Standley P.H., « Proceedings Xè Conféren (...)
  • 26 Workshop on the S.C. intermediate energy heavy ion physics programme, Cern (Genève) 13 novembre 197 (...)

40La perspective du démarrage du Ganil avait stimulé les recherches et développements techniques dans beaucoup de laboratoires français et étrangers [8]. La gamme d’énergies s’étendant de 20 à 100 MeV par nucléon promettait d’être riche de nouveaux phénomènes. À Berkeley, où le Bevalac avait permis d’accéder à des énergies de l’ordre du GeV par nucléon, tout était fait pour abaisser cette énergie et l’on atteignait les 200 MeV par nucléon. À Grenoble, un cyclotron post-accélérateur était en construction. L’énergie de l’ensemble de deux cyclotrons ainsi constitué24 atteindrait ainsi 30 MeV par nucléon. Mais ce fut un outsider qui gagna cette course aux énergies intermédiaires. Dès 1978, l’équipe responsable du synchrocyclotron du Cern qui accélérait des protons de 600 MeV depuis 1957, annonça25 qu’elle projetait de modifier cette machine pour lui permettre de délivrer des faisceaux d’ions lourds parmi lesquels figurait le carbone à 86 MeV par nucléon. Au cours d’une réunion mémorable26, les participants en furent prévenus et ceux qui étaient intéressés furent priés de déposer d’urgence des lettres d’intention. Le faisceau ne fut disponible que pour une période très brève et seules sept équipes purent présenter des projets d’expériences. Mais ces expériences eurent lieu en 1981, avant la mise en service du Ganil, ce qui priva ce dernier d’une grande première, mais procura à ces équipes l’opportunité et le privilège de défricher ce nouveau champ de recherche. Le faisceau de 86 MeV par nucléon pouvait être ralenti en interposant sur son trajet des blocs de carbone d’épaisseur convenablement choisie. Les physiciens eurent ainsi accès à deux énergies intermédiaires, 30 MeV et 60 MeV par nucléon, ce qui accrut de beaucoup la portée de leurs expériences. En décembre 1981, un atelier fut organisé à l’Institut de physique nucléaire d’Orsay afin d’effectuer un bilan de l’ensemble des résultats obtenus au Cern.

  • 27 Ces trois expériences avaient été réalisées respectivement par une équipe de 13 personnes de l’IPN (...)
  • 28 Sikkeland, T., Haines, E. L., and Viola Jr, V.E., Phys.Rev. 125, 1962, p. 1350.
  • 29 Qui se trouve être égale à la quantité de mouvement du projectile.

41Les trois plus grosses expériences27 avaient mis en en jeu un matériel très élaboré, comprenant de multiples détecteurs, qui pouvaient mesurer simultanément (« en coïncidence ») particules et fragments issus d’une collision donnée. Comme nous l’avons vu plus haut, parmi les questions qui se posaient avec acuité, figurait le devenir de la fusion complète à ces énergies élevées. Dès 1962, à des énergies beaucoup plus basses, pour évaluer l’importance relative de la fusion complète dans le cas de cibles fissiles, le physicien norvégien Torbjorn Sikkeland avait imaginé une méthode très élégante28, appliquée extensivement par la suite par son collègue américain Victor Viola, qui consistait à mesurer la corrélation angulaire des deux fragments de fission. Sur la base du principe de conservation de la quantité de mouvement (appelée aussi impulsion), et moyennant quelques approximations, il était facile de calculer la quantité de mouvement du noyau fissionnant à partir de l’angle de corrélation le plus probable et de vérifier si elle correspondait ou non à celle du noyau de fusion complète29 (voir la figure 7). En 1981, au Cern, deux équipes avaient appliqué avec succès cette méthode à des cibles d’or et d’uranium bombardées par le faisceau de carbone, et leurs résultats montrèrent sans ambiguïté que la probabilité de fusion totale diminuait fortement à 30 MeV par nucléon et s’annulait pratiquement lorsque l’énergie des ions de carbone atteignait 60 MeV par nucléon. Les résultats obtenus par les trois équipes en observant les particules émises à partir de cibles fissiles ou non confirmaient cette conclusion. En revanche, l’ensemble de ces résultats montrait qu’il restait une certaine probabilité, certes faible mais mesurable, de créer par fusion complète ou incomplète des noyaux de très grande énergie d’excitation, qui furent appelés « noyaux chauds » dont l’étude promettait d’être très intéressante. En revanche, peu d’informations avaient été recueillies sur la fragmentation du projectile, en raison principalement de la faible masse du projectile carbone et de sa structure particulière (en trois particules alpha). Ces deux caractéristiques avaient pour conséquence le fait que les fragments issus du carbone étaient pratiquement toujours de simples nucléons ou des particules alpha.

42Ces résultats obtenus au Cern sur les interactions d’ions lourds d’énergie intermédiaire avec des cibles fissiles ou non s’avéraient donc très prometteurs, mais étaient loin de clore le sujet. En effet, il était nécessaire de les confirmer et de les approfondir par d’autres expériences. La large palette de faisceaux que Ganil devait fournir à partir de 1982 – et en premier ses faisceaux d’argon 40, bien plus massifs que le carbone 12 – n’avait donc pas perdu de son intérêt et la macrophysique nucléaire représentait, plus que jamais, le secteur d’études à privilégier.

Figure 7. Transfert d’impulsion et angle de corrélation des fragments de fission

Figure 7. Transfert d’impulsion et angle de corrélation des fragments de fission

1. En haut, le noyau fissionnant (NF) n’a reçu qu’une faible impulsion par transfert d’un simple nucléon. L’angle de corrélation a des fragments F1 et F2 issus de sa fission est proche de 180°.
2. En bas, le noyau fissionnant provient de la fusion complète du projectile P et de la cible C. Il a reçu toute la quantité de mouvement (impulsion) du projectile. Sa vitesse est bien supérieure au cas précédent et l’angle de corrélation a est beaucoup plus faible.

Un problème pour le Comité d’expériences

43C’est ainsi que, parmi les propositions présentées au Comité d’expériences du Ganil en 1982, plusieurs équipes projetaient d’étudier le transfert d’impulsion par la méthode de Sikkeland et Viola, plusieurs autres la fusion incomplète par diverses techniques et d’autres encore la transition entre transferts très inélastiques et fragmentation du projectile. Il s’agissait, en effet, des principaux points à approfondir après les expériences du Cern. Tous relevaient de la macrophysique des ions lourds et ainsi s’explique la distorsion observée en faveur de ces thèmes dans la répartition illustrée par la figure 2.

  • 30 Une synthèse de ces premières expériences fut effectuée en 1986 au cours de la conférence Hicofed [ (...)

44Mais, face à ces demandes redondantes, le Comité d’expériences se trouva face à un problème : s’il appliquait les règles habituelles, comme il le fit par la suite, il ne pouvait pas accepter plusieurs projets dont les visées étaient aussi semblables. Mais il s’agissait des premières expériences et la direction de Ganil ne souhaitait pas décourager les futurs utilisateurs de l’accélérateur national, d’autant plus que les équipes qui proposaient ces expériences envisageaient la plupart du temps d’utiliser des dispositifs expérimentaux différents, installés par leurs soins aux frais de leurs laboratoires respectifs. Les expériences redondantes furent donc considérées comme des approches « complémentaires » du même problème physique et la plupart des projets furent acceptés. Chaque équipe put ainsi se familiariser avec les faisceaux de Ganil et tester ses équipements expérimentaux30.

Conclusion : un effet durable…

  • 31 Anne, R. et Bimbot, R., « Les premiers spectromètres de Ganil », Histoire de la recherche contempor (...)
  • 32 La complexité des effets recherchés et les grands nombres de particules émises à l’issue de la plup (...)
  • 33 Ces deux catégories étant souvent explorées simultanément dans une même publication.

45De façon évidente, les thèmes des premières expériences proposées au Ganil figuraient bien dans l’argumentaire du second livre bleu. Cependant, « les études de réactions nucléaires mettant en jeu l’interaction de gros fragments, et relevant de la macrophysique nucléaire » avaient pris nettement le pas sur « l’extension d’études plus classiques à une gamme plus large d’ions et d’énergies ». Avec le recul du temps, on peut affirmer que cette tendance ne fut pas un feu de paille. Bien que les deux spectromètres (Lise et Speg) aient bien été disponibles dès 1984 pour entreprendre les expériences de production de noyaux exotiques, les études de structure nucléaire et les transferts très inélastiques31, les expériences de macrophysique restèrent les thèmes dominants pendant les dix premières années du fonctionnement de Ganil32. En effet, l’examen des publications de travaux expérimentaux effectués auprès de cet accélérateur pendant cette période, compilées dans les références [11] à [13], montre que ces thèmes représentent 71% de l’ensemble de ces publications, (61% pour les catégories FU et TTI réunies33 et 10% pour les expériences recherchant des effets collectifs (catégorie PhC) tandis que les expériences « classiques » ne se concrétisèrent que par 29% de ces publications (17% pour la production de noyaux exotiques (EX), 12% pour les catégories SN et CP réunies)..

46Enfin, il est un sujet qui ne figurait pas dans la prospective de 1975 et qui finit par devenir la préoccupation principale des expérimentateurs utilisateurs de Ganil. Il s’agit de la production et de l’utilisation de faisceaux secondaires radioactifs. Cependant, après une longue phase de maturation, ce thème n’émergea réellement que dans la seconde moitié des années 1990. Il est donc compréhensible que les rédacteurs du second livre bleu Ganil, vingt ans plus tôt, ne l’aient pas mentionné.

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Bibliographie

[1] L’accélérateur national d’ions lourds (Ganil), Rapport IN2P3-CEA (avril 1975)

[2] Bimbot R. « IPN : un cyclotron pour les ions lourds », in La revue pour l’histoire du CNRS, n°20, printemps 2008, pp. 44-48.

[3] Bimbot R. « Alice ou la percée des ions lourds », in La revue pour l’histoire du CNRS, n°22, automne 2008, pp. 45-49.

[4] Bimbot R. « Les succès d’Alice et la genèse de Ganil », in La revue pour l’histoire du CNRS, n°23, hiver 2008, pp. 46-49.

[5] Proceedings of the International Conference on Reactions Between Complex Nuclei, Nashville (Tennessee), Vol 2, Invited papers, North-Holland American Elsevier (1974)

[6] Bock, R. « Heavy ion collisions » vol. 2, North Holland (1980)

[7] Conférence européenne de physique nucléaire avec des Ions Lourds, Caen, 6-10 septembre 1976, Exposés invités, J. Phys. Fr., supplément au n°11, T. 37, C-5 1976, pp C5-1 à C5-263.

[8] Bimbot R. « En attendant Ganil », in La revue pour l’histoire du CNRS, n°25, printemps 2010, pp. 43-47.

[9] Comptes rendus des Troisièmes Journées Ganil (19 au 21 novembre 1979) Rapport IN2P3/CEA (non publié)

[10] Hicofed, Phys. Fr., supplément au n°8, T. 47, C-4 1986, pp C4-427 à C4-434.

[11] Nuclear Physics Ganil (1983-1988). A compilation. Rapport Ganil (1989)

[12] Nuclear Physics Ganil (1989-1991). A compilation. Rapport Ganil, Bex, M. et Galin, J. edrs, (1992)

[13] Nuclear Physics Ganil (1992-1993). A compilation. Rapport Ganil, Bex, M. et Galin, J. edrs, (1994)

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Notes

1 Kaufmann and Wolfgang, Proc. Second Conference on Reactions between complex nuclei, May 2-4 1960, Gatlinburg, Tennessee, edited by A. Zucker, F.T. Howard and E.C. Halbert, J. Wiley and sons, Inc Publishers (1960), 319 p.

2 Il s’agissait de la Conference on Reactions Between Complex Nuclei, évoquée dans la référence [2] de la bibliographie.

3 Le paramètre d’impact est défini comme étant la distance b entre la trajectoire (rectiligne) du centre de l’ion incident alors qu’il est encore éloigné du noyau cible et la parallèle à cette trajectoire qui passe par le centre du noyau cible.

4 Parmi les travaux ayant permis l’identification et la caractérisation de cette nouvelle classe de réactions, on peut citer ceux des soviétiques V. Volkov et al. (Nucl. Phys. A(1969)126), du groupe de Marc Lefort, d’Orsay (J. Galin et al., Phys. Rev. 182, 1969, p. 1267) et du Polonais X. Wilczinski (Phys. Lett. 47B ,1973,p. 484). Une revue en est présentée dans la référence [6].

5 Il s’agit en fait d’un équilibre statistique.

6 MeV = million d’électron-Volts.

7 La fission de l’uranium fut découverte en décembre 1938 par les chimistes allemands Otto Hahn et Fritz Strassmann. Dès 1939, dans un article qui fit date, Niels Bohr et John Archibald Wheeler (Phys. Rev., 56, 1939, p. 426) introduisirent le « modèle de la goutte liquide » selon lequel un noyau lourd pouvait se déformer avant de fissionner, à l’instar d’une goutte de liquide qui se fragmenterait en deux gouttelettes plus petites.

8 Aspects macroscopiques des réactions par ions lourds.

9 Il s’agissait de quatre expérimentateurs, Claude Détraz et Marc Lefort (IN2P3), Samuel Harar et Michel Mermaz (CEA) et de deux théoriciens, Georges Ripka et Richard Schaeffer (CEA).

10 Dans le rapport, le mot « actuels » est utilisé au lieu du mot « existants » employé ici pour éviter toute ambiguïté.

11 Comme cela a déjà été souligné dans la référence [4], cet argumentaire diffère notablement de celui qui était présenté dans le premier « Livre bleu Ganil », édité en juillet 1973, dans lequel toute la seconde partie était pratiquement absente. Ce fait à lui seul marque bien l’évolution rapide des idées et des connaissances en matière de physique des ions lourds à cette période.

12 C’est ici que le classement proposé est le plus critiquable. En réalité, les phénomènes de surface (catégorie 2) se manifestent, comme la fusion, dès que la barrière coulombienne est franchie, et les processus de la catégorie 4 ont déjà été largement observés sur Alice, à des énergies également très proches de la barrière coulombienne, à condition que les projectiles soient suffisamment lourds (l’argon 40 ou le krypton 84, par exemple).

13 Le terme « exotique » a été introduit dans les années 1960 pour désigner les noyaux dont l’image dans la carte des isotopes est située loin de la vallée de stabilité. Ils possèdent souvent des propriétés assez différentes de celles des noyaux proches de la stabilité, ce qui ajoute à leur « exotisme ».

14 Ce comité, qui comprenait 12 membres, avait tenu sa première réunion le 18 février 1982. Son président était Hervé Nifenecker.

15 Lefort, Marc, Tentative d’analyse préliminaire et subjective des lettres d’intention pour la première génération d’expériences à Ganil (1983-1984), 11 mai 1982, Document consultable à l’adresse internet suivante : http://hrc.revues.org/142.

16 Laboratoire européen de physique des particules (Genève).

17 Lise signifie « Ligne d’ions super-épluchés » et Speg « Spectromètre à Ganil.

18 L’Unilac de Darmstadt accélérait tous les ions jusqu’à l’uranium (masse 238) alors qu’Alice s’arrêtait à l’argent (masse 109).

19 Un gigaélectronvolt est un milliard d’électronvolt.

20 Gutbrot, H., « Central collisions of relativistic heavy ions », in référence [7], pp. C5-209 à C5-212.

21 Westfall, G.D. et al., Phys. Rev. Lett. 37, 1976, p. 1202.

22 Auquel il est également fait référence dans la littérature sous le nom de « abrasion-ablation model ».

23 Institut des sciences nucléaires.

24 Qui portait le nom de Sara (Système accélérateur Rhône-Alpes).

25 Allardyce B. W., Fiebig A., Le Dallic G., Madsen J. H. B., Standley P.H., « Proceedings Xè Conférence internationale sur les cyclotrons », IEE Trans. Nucl. Sc., 26 N°2, 1979, pp. 1979-1983.

26 Workshop on the S.C. intermediate energy heavy ion physics programme, Cern (Genève) 13 novembre 1978.

27 Ces trois expériences avaient été réalisées respectivement par une équipe de 13 personnes de l’IPN d’Orsay, une équipe de 17 personnes issues de quatre laboratoires allemands (Darmstadt, Heidelberg et Münster) et une collaboration de 27 personnes provenant de 3 laboratoires de Grenoble, d’une division du CERN, de deux laboratoires suédois (Lund et Uppsala) et d’un laboratoire danois (Copenhague). Une liste de 14 publications issues de l’ensemble des expériences au Cern est trouvée dans la bibliographie (refs 1 à 14) de l’article de B. Borderie et al (Borderie, B. et al, Nucl. Phys. A402, 1983, pp. 57-86.

28 Sikkeland, T., Haines, E. L., and Viola Jr, V.E., Phys.Rev. 125, 1962, p. 1350.

29 Qui se trouve être égale à la quantité de mouvement du projectile.

30 Une synthèse de ces premières expériences fut effectuée en 1986 au cours de la conférence Hicofed [10]

31 Anne, R. et Bimbot, R., « Les premiers spectromètres de Ganil », Histoire de la recherche contemporaine, Article en préparation.

32 La complexité des effets recherchés et les grands nombres de particules émises à l’issue de la plupart de ces réactions obligèrent très vite les physiciens à construire des détecteurs spécifiques dont l’un des plus élaborés reçut le nom d’Indra. Deux articles consacrés à ce détecteur, et écrits respectivement par Joël Pouthas, d’une part et par Bernard Borderie et Marie-France Rivet, d’autre part, seront prochainement publiés dans cette revue.

33 Ces deux catégories étant souvent explorées simultanément dans une même publication.

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Table des illustrations

Titre Figure 1. Classement des réactions induites par ions lourds en 1958 (D’après Kaufmann et Wolfgang1)
URL http://journals.openedition.org/hrc/docannexe/image/127/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 92k
URL http://journals.openedition.org/hrc/docannexe/image/127/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 194k
Titre Figure 3. Les domaines d’étude en fonction de l’énergie et du numéro atomique de l’ion incident. Place du projet Ganil.
Légende (D’après la référence [1])
URL http://journals.openedition.org/hrc/docannexe/image/127/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 216k
Titre Figure 4 : Répartition par thèmes des 21 propositions ne concernant pas les expériences à caractère général
Légende Les symboles utilisés pour classer ces thèmes sont définis dans le texte.
URL http://journals.openedition.org/hrc/docannexe/image/127/img-4.jpg
Fichier image/jpeg, 216k
Titre Figure 5 : Répartition par thèmes des 33 lettres d’intention ne concernant pas des expériences à caractère général
Légende Les symboles utilisés pour classer ces thèmes sont définis dans le texte.
URL http://journals.openedition.org/hrc/docannexe/image/127/img-5.jpg
Fichier image/jpeg, 216k
Titre Figure 6. Boule de feu et fragmentation du projectile (d’après Hans Gutbrot [7])
Légende La sphère P représente le projectile, de vitesse vi, avant la collision. Les 3 autres objets représentent l’état du système après la collision : FC est le fragment-cible, FP le fragment-projectile, de vitesse vi, et BF la boule de feu, de vitesse vbf, plus faible que vi. Le symble b désigne le paramètre d’impact.
URL http://journals.openedition.org/hrc/docannexe/image/127/img-6.jpg
Fichier image/jpeg, 484k
Titre Figure 7. Transfert d’impulsion et angle de corrélation des fragments de fission
Légende 1. En haut, le noyau fissionnant (NF) n’a reçu qu’une faible impulsion par transfert d’un simple nucléon. L’angle de corrélation a des fragments F1 et F2 issus de sa fission est proche de 180°.2. En bas, le noyau fissionnant provient de la fusion complète du projectile P et de la cible C. Il a reçu toute la quantité de mouvement (impulsion) du projectile. Sa vitesse est bien supérieure au cas précédent et l’angle de corrélation a est beaucoup plus faible.
URL http://journals.openedition.org/hrc/docannexe/image/127/img-7.jpg
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Pour citer cet article

Référence papier

René Bimbot, « GANIL, les premières expériences », Histoire de la recherche contemporaine, Tome I-N°2 | 2012, 168-179.

Référence électronique

René Bimbot, « GANIL, les premières expériences », Histoire de la recherche contemporaine [En ligne], Tome I-N°2 | 2012, mis en ligne le 11 octobre 2014, consulté le 15 décembre 2017. URL : http://journals.openedition.org/hrc/127 ; DOI : 10.4000/hrc.127

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Auteur

René Bimbot

René Bimbot est agrégé de physique et directeur de recherche honoraire à l’Institut de physique nucléaire d’Orsay. Il est l’auteur de plusieurs ouvrages et de nombreux articles relatifs à l’histoire des sciences.

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Droits d’auteur

© Comité pour l’histoire du CNRS

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