Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

Un des thèmes majeurs en physique nucléaire est l’étude des noyaux à leur limite d’existence. Ces noyaux, très exotiques, ont a priori des propriétés nouvelles, mais sont aussi très difficiles à produire. La thèse concerne l’étude des réactions nucléaires conduisant à la synthèse des noyaux super-lourds. Les modèles ne sont pas assez précis pour pouvoir guider les expériences et il y a peu de données expérimentales. Le but est donc d’utiliser des méthodes innovantes pour contraindre les modèles.

La protonthérapie est permet un contraste de dose élevé entre la tumeur et les tissus sains. Pourtant, les incertitudes sur les doses planifiées et mesurées pour les champs de moins de 3 × 3 cm² ne permettent pas un traitement optimal des petites tumeurs. Pour lever cette limitation, un système de contrôle dosimétrique à 3 dimensions a été développé. L’objectif de cette thèse sera d’accroitre les performances de ce système grâce à une nouvelle méthode de reconstruction des cartes de dose

L'anomalie de la durée de vie du neutron mesurée par deux types d'expériences différentes pourrait provenir de la désintégration de celui-ci en autre chose qu'un proton, un électron et un antineutrino : une particule indétectable qui formerait la très recherchée matière noire. Une telle décroissance pourrait expliquer l'écart existant de 4’ entre deux méthodes différentes de mesure de la durée de vie des neutrons. Si une telle désintégration est possible, elle pourrait également se produire dans des noyaux avec une énergie de liaison suffisamment faible, une désintégration d’un neutron quasi-libre. Dans cette thèse, nous proposons l’étude de la décroissance du noyau à halo 6He qui a une énergie de séparation de deux neutrons très faibles. L'observation d'un neutron libre à partir de la désintégration 6He serait, bien que difficile à faire, une signature unique pour la désintégration des neutrons en une particule qui pourrait former la matière noire.

La physique nucléaire à la limite de stabilité offre depuis quelques années de nombreuses découvertes comme l’évolution des nombres magiques, l’apparition d’agrégats ou de structure moléculaires au sein du noyau, l’existence de noyaux à halo ayant une surface bien plus diffuse que les noyaux normaux, ou encore un changement possible de régime de superfluidité nucléaire. La présente étude expérimentale de ces phénomènes est prévue auprès de la ligne R3B de l’installation GSI/FAIR en 2022.

La fission nucléaire est un phénomène complexe au cours duquel un noyau lourd se déforme jusqu'à ce qu'il se scinde en deux noyaux plus légers. Au GANIL, la combinaison unique du spectromètre VAMOS, du nouveau multi détecteur PISTA, permet une mesure directe et complète des rendements de fragments de fission. Ces mesures mettent en évidence les mécanismes qui régissent la fission et fournissent des données pertinentes pour les réacteurs nucléaires de nouvelle génération. Ce sujet de thèse consiste en l’étude des modes de fission à proximité de l’238U et du 208Pb avec VAMOS et PISTA.

Le GANIL a une longue tradition dans l’opération et le développement des sources d’ions (basée sur un plasma) alimentant ses accélérateurs. Leurs limitations en termes de production d’ions métalliques de haut état de charge et haute intensité ainsi que la stabilité doivent être maîtrisées. Un premier outil de simulation a été développé lors d’une précédente thèse. Ce travail a permis la compréhension de certains phénomènes observés mais une étape doit être franchie pour obtenir une modélisation plus réaliste : introduire la dynamique des électrons en utilisant l’approche originale PIC Hybride développée au laboratoire LAPLACE de Toulouse.

Cette thèse est consacrée à l’étude de réactions nucléaires induites par des neutrons entre 15 et 40 MeV auprès de l’installation NFS en utilisant le détecteur Medley. Les sections efficaces doublement différentielles de particules chargées légères émises lors de réactions sur le carbone et le chrome seront mesurées afin d’enrichir les bases de données et améliorer certains codes de réaction. Les sections efficaces de fission de l’uranium 235 et 238, qui sont des standards, seront également mesurées par rapport à la section efficace de diffusion élastique sur l’hydrogène

Il est proposé d'étudier les effets saillants du couplage entre les états discrets et continus à proximité de divers seuils d'émission de particules en utilisant le modèle en couches dans le plan d'énergie complexe. Ce modèle fournit la formulation unitaire d'un modèle en couches standard dans le cadre du système quantique ouvert pour la description d'états nucléaires bien liés, faiblement liés et non liés. Des études récentes ont démontré l'importance de l'énergie de corrélation résiduelle du couplage aux états du continuum pour la compréhension des états propres, leur énergie et modes de désintégration, au voisinage des canaux de réaction. Cette énergie résiduelle n'a pas encore été étudiée en détails. Les études de cette thèse approfondiront notre compréhension des effets structurels induits par le couplage au continuum et apporteront un support aux études expérimentales au GANIL et ailleurs. L’étudiant de cette thèse théorique développera les outils numériques nécessaires à l’évolution du « Gamow Shell Model » (GSM), outil par excellence des études spectroscopiques.