Thèse

Cette thèse a pour but d’étudier les mécanismes de réaction menant à la synthèse de noyaux super-lourds en appui au programme de recherche expérimental qui sera développé auprès de l’installation S3 de Spiral2 au GANIL à Caen. Elle vise à renforcer la précision de la modélisation de la réaction en évaluant, grâce à l’analyse d’incertitudes, les expériences les plus prometteuses pour contraindre les paramètres et la modélisation.

L’une des principales activités de la physique nucléaire est l’étude des propriétés des noyaux exotiques jusqu’aux limites d’existence des noyaux, dans les régions où les rapports proton-neutron sont extrêmes (driplines proton/neutron) et aux nombres de masse A et atomiques Z les plus élevés. Les noyaux dits super-lourds ne peuvent exister au-delà de la limite établie par le modèle de la goutte liquide – définie par une barrière de fission qui disparaît –, que grâce aux effets en couches de la mécanique quantique. Ces noyaux sont particulièrement intéressants parce qu’ils se situent à la limite entre la physique des petits systèmes à quelques corps et celle des systèmes à grand nombre de corps : les nombres magiques de protons et de neutrons, Z et N, sont remplacés par une région ou un îlot de magicité étendu en Z et N.

La synthèse de ces noyaux très- et super-lourds par des réactions de fusion-évaporation est un défi expérimental en raison des sections efficaces extrêmement faibles. La modélisation de la réaction complète afin de guider les expériences est également un défi difficile, car les modèles développés pour les noyaux plus légers ne peuvent pas être simplement extrapolés. Les réactions de fusion sont entravées par rapport à ce qui est observé avec les noyaux légers en raison de la très forte interaction Coulombienne, qui est renforcée par la forte répulsion causée par le grand nombre de charges positives (protons) dans le système, en concurrence avec la force d’attraction forte (nucléaire) dans un régime hautement dynamique. Le pouvoir prédictif des modèles doit être amélioré, bien que l’origine du phénomène d’entrave soit qualitativement bien comprise. Les ambiguïtés quantitatives sont suffisamment importantes pour observer des différences de quelques ordres de grandeur dans les probabilités de fusion calculées par différents modèles. Une petite modification de la section efficace pourrait nécessiter de nombreux mois pour réaliser des expériences réussies.

Au GANIL, en collaboration avec d’autres instituts, nous avons développé un modèle qui décrit les trois étapes de la réaction de synthèse des noyaux super-lourds. Les développements futurs se concentreront sur la recherche de moyens d’évaluer les modèles afin d’améliorer leur pouvoir prédictif, notamment en concevant des expériences spécifiques afin de contraindre l’amplitude de l’entrave à la fusion. Bien entendu, une analyse minutieuse de l’incertitude permettra d’améliorer le pouvoir prédictif des modèles. Des méthodes standard ainsi que des méthodes d’analyse de données de pointe telles que l’analyse bayésienne peuvent être utilisées.

Ce travail de doctorat sera effectué en collaboration avec le groupe expérimental du GANIL et une équipe de recherche à Varsovie (Pologne). En fonction des compétences de l’étudiant, la thèse sera plus orientée vers des développements formels ou vers les expériences menées dans la nouvelle installation S3 sur Spiral2. La participation aux expériences est possible.