Les sujets de thèses

3 sujets IRFU

Dernière mise à jour : 18-12-2018


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• Physique nucléaire

 

Corrélations de courte portée dans les noyaux exotiques

SL-DRF-19-0311

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe Structure Noyau

Saclay

Contact :

Anna CORSI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Anna CORSI

CEA - DRF/IRFU/SPhN/Structure Noyau

01 69 08 7554

Directeur de thèse :

Anna CORSI

CEA - DRF/IRFU/SPhN/Structure Noyau

01 69 08 7554

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/acorsi/

Labo : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=487

Le noyau atomique est un système quantique de fermions corrélés, les protons et les neutrons. Ceux-ci peuvent s’apparier à très courte distance (~1 fm, bien inférieure à leur distance moyenne), où l’interaction nucléaire devient fortement répulsive et est moins bien connue. Ces configurations, dites corrélations de courte portée, nous donnent une occasion unique pour étudier ce régime en laboratoire, d’autant plus qu’il est particulièrement critique car à la transition entre une description du noyau en termes de protons/neutrons et de quarks/gluons. Des mesures pour caractériser les corrélations de courte portée ont été effectuées dans les noyaux stables, mais la technique de mesure utilisée actuellement ne permet pas d’étudier les noyaux instables, où le déséquilibre entre neutrons et protons peut affecter ces corrélations. Une nouvelle technique qui consiste à envoyer le noyau à étudier sur une cible de proton est envisagé.

Le/la candidat(e) analysera des données issues de la première expérience de test avec des faisceaux stables, qui a été effectuée à l’institut JINR de Dubna (Russie) au printemps 2018. Il/Elle sera ensuite fortement impliqué(e) dans la préparation et la réalisation du programme porté par le groupe avec des faisceaux radioactifs produits par l'accélérateur de GSI (Allemagne) et une cible d’hydrogène liquide que nous développons actuellement grâce à un financement de l’ANR.

Parallèlement au programme expérimental, il/elle effectuera des simulations pour définir un nouveau système de détection basé sur le « tracking » des particules chargées dans un champ magnétique. Ce système permettra d’augmenter l’acceptance pour l’identification et la mesure du moment de ces particules lors des expériences futures à GSI(Allemagne).

L’analyse des données et les simulations seront effectuées à l’aide des logiciels ROOT et Geant4, respectivement, basés sur le langage de programmation C++ et employés de routine en physique nucléaire et subnucléaire. La thèse se déroulera au CEA Saclay en collaboration étroite avec MIT (USA) et TU Darmstadt (Allemagne). Un séjour de longue durée à Darmstadt est envisagé.

Etude de l'evolution de la forme quantique des noyaux exotiques

SL-DRF-19-0068

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe Structure Noyau

Saclay

Contact :

Wolfram KORTEN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Wolfram KORTEN

CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA

+33169084272

Directeur de thèse :

Wolfram KORTEN

CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA

+33169084272

Page perso : https://www.researchgate.net/profile/Wolfram_Korten

Labo : http://irfu.cea.fr/Sphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_sstheme.php?id_ast=293

Voir aussi : https://www.phy.anl.gov/atlas/

La forme d’un noyau, c.à.d. la déviation par rapport à une forme sphérique de la distribution en masse, est une de ses propriétés fondamentales, gouvernée à la fois par des effets macroscopiques et microscopiques, tels que la structure en couche du noyau. L’étude de la forme des noyaux exotiques, c.à.d. très loin de la vallée de stabilité, permet de tester finement les différents modèles théoriques qui ont été développés pour les noyaux stables. L’objectif de cette thèse est l’étude de l’évolution de la forme des noyaux riches en neutrons autour de la masse A~100 par excitation Coulombienne. Ces noyaux se situent loin des couches fermées et se déforment pour minimiser leur énergie potentielle. Contrairement à la grande majorité des noyaux non-sphériques qui prennent une forme d’ellipsoïde allongé, ces noyaux sont prédits comme très changeants pouvant aller d’allongés (prolate) à aplatis (oblate) en passant par des formes triaxiales. Mais l’information sur leur ‘‘collectivité’’ mesurée par la probabilité de transition vers des niveaux excités reste encore très limitée et la connaissance de leur forme est presque non-existante.

Pour le projet de thèse, une expérience d'excitation Coulombienne visant le noyau 100Zr est prévu. Cet isotope est positionné à N=60, à la charnière où la coexistence de forme se développe. La méthode d'excitation Coulombienne permet d'extraire la probabilité d'excitation pour chaque état excité et ensuite d'extraire un jeu d'éléments de matrice électromagnétiques et surtout leur moment quadripolaire statique qui détermine la forme du noyau. Le faisceau radioactif est produit par l'installation ATLAS-CARIBU à l'Argonne National Laboratory (USA). CARIBU est la seule installation au monde qui peut actuellement délivrer ce type de faisceau d'un élément réfractaire. L'expérience est déjà acceptée par le comité local d'expériences avec une haute priorité et nous attendons sa réalisation fin 2019. Le/la doctorant(e) participera activement à la préparation de l'expérience. Il serait donc souhaitable qu'il/elle commencera son travail déjà lors d'une stage M2. Il/elle sera responsable pour l'analyse des données et de la publication des résultats scientifiques.

Au cours de sa thèse, l’étudiant(e) sera amené(e) participer à d'autres expériences du groupe et à présenter ses résultats au cours de colloques et de conférences internationales. Cette thèse s’inscrit dans un travail collaboratif avec des partenaires français et internationaux. La préparation et la réalisation des expériences nécessiteront des missions, notamment à l'ANL, États-Unis, où un séjour de 4-6 semaines pourra s'avérer nécessaire.

Hypernoyaux et rayonnement cosmique. Extension d’un modèle de réaction nucléaire pour un traitement cohérent.

SL-DRF-19-0334

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe Spallation

Saclay

Contact :

Jean-Christophe DAVID

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Jean-Christophe DAVID

CEA - DRF/IRFU/SPhN/Spallation

0169087277

Directeur de thèse :

Jean-Christophe DAVID

CEA - DRF/IRFU/SPhN/Spallation

0169087277

Page perso : http://irfu.cea.fr/dphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=2105

Labo : http://irfu.cea.fr/dphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_sstheme.php?id_ast=186&id_unit=7

Les réactions nucléaires mettant en jeu une particule légère et un noyau avec des énergies de l’ordre du GeV se rencontrent dans divers domaines et sont à l’origine de nombreuses études. On peut citer la transmutation des déchets nucléaires, l’hadronthérapie, les sources de neutrons, les sources d’ions radioactifs, les problématiques de radioprotection (accélérateurs/espace), l’origine et le devenir de corps comme les météorites. Ces études nécessitent des codes de calcul pour simuler ces réactions. C’est un de ces codes que nous développons à l’Irfu/DPhN.



Notre code, INCL (IntraNuclear Cascade Liège), est développé depuis une vingtaine d’années avec l’université de Liège. Il est reconnu pour ses performances et a été implanté dans des codes de transport (Geant4, Phits, MCNPX). Jusqu’en 2011 son domaine d’utilisation s’étendait de ~100 MeV à 2-3 GeV. Il a été étendu jusqu’à 10-20 GeV par l’ajout de la production multiple de pions. Cette extension vers de plus hautes énergies a récemment été améliorée par l’ouverture au secteur étrange (K, Lambda, Sigma). Ceci avait non seulement pour but de raffiner la description des réactions au-delà de 2-3 GeV, donc de mieux couvrir le spectre du rayonnement cosmique (piqué vers le GeV), mais aussi de modéliser la production d’hypernoyaux, dont les études connaissent un regain d’intérêt auprès de différentes installations (FAIR, JPARC, JLab).



Nous voulons encore élargir le champ d’utilisation du code. INCL est aujourd’hui capable de traiter les nucléons, pions et Kaons comme projectiles, aussi nous prévoyons, et c’est le sujet de cette thèse, d’ajouter les sondes électromagnétiques et les antiprotons. La sonde électromagnétique permettra dans le cas des hypernoyaux, avec l’électron, de nous confronter aux mesures de JLab, et, en ce qui concerne le rayonnement cosmique, d’avoir un outil capable d’étudier les effets des muons pénétrant plus en profondeur la structure des planètes que les neutrons. Les interactions des antiprotons avec les corps tels que les météorites devraient être intéressants à étudier. Avoir les antiprotons sera également utile pour la production d’hypernoyaux, car de telles expériences sont prévues à FAIR. Des données ayant déjà été prises à LEAR au Cern avec des antiprotons, de nouveaux tests pourront être faits rapidement. Enfin, la prise en compte de la production de la particule Ksi pourra aussi être intéressante, car des hypernoyaux S=-2 (doublement étrange) seront produits par son biais à FAIR et JPARC.



Le travail de thèse sera donc l’implantation de ces nouvelles particules dans le code INCL. Une compréhension du mécanisme d’interaction de ces nouveaux projectiles avec les nucléons et le noyau sera un préalable à la mise en œuvre dans le code, suivie d’une série de tests pour définir la fiabilité du modèle. Une solide formation en physique hadronique, physique nucléaire et en C++ est donc requise. La nouvelle version d’INCL sera alors mise à disposition dans le code Geant4. D’ailleurs, l’étudiant(e) sera membre de la collaboration Geant4. Un autre interlocuteur privilégié sera Ingo Leya, de l’Université de Berne, spécialiste des interactions du rayonnement cosmique avec les corps interstellaires.

 

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