Previously developed Zn decay schemes were limited by a number of factors including low production rates and detector efficiencies making it impossible to place weak transitions. Furthermore, most of the published results are from initial exploratory measurements while subsequent studies in this region either ignored the data obtained from the Zn decays or was not analyzed due to the focus on more exotic nuclei. In the current experiments, a nearly pure beam of the Cu isotope was provided by the Holifield Radioactive Ion Beam Facility (HRIBF) for the study of the Cu -> Zn -> Ga -> Ge β-decay chain using the Low-energy Radioactive Ion Beam Spectroscopy Station (LeRIBSS) setup. The high efficiency of the detector system along with the nearly pure primary beam allowed a detailed study of the γ-ray emission from the decay chain without any member of the decay chain being dominant. The γγ and βγ gamma coincidence data obtained from the experiment was used to develop revised decay schemes in which statistical significance for each observed coincidence peak was determined quantitatively. Presented in this work are updated and expanded decay schemes with new energy levels along with new βeeding intensities and logft values for the Zn -> Ga decays. In each of the Zn decays, a number of new energy levels and transitions have been proposed to the structure of respective Ga isotopes in addition to correcting discrepancies from previous works. The 74Zn β decay now has 29 new γ rays assigned to 74Ga in addition to previous 35 transitions (Winger et al., 1989} depopulating 19 energy states, including 7 new ones. The maximum level energy is increased from previous 1086- to 1555-keV. Similarly, the updated 75Zn decay scheme has its level energy increased from previous (Ekstrom et al., 1986) 3209- to 3924-keV, with addition of 37 new energy levels and 53 new γ rays. New decay scheme for 76Zn is established up to 2603 keV, similar to previous literature (Ekstrom et al.) with addition of 4 new energy levels and total of 5 new γ-ray transitions. In case of 77Zn decay, we proposed the decay scheme up to 3948 keV with addition of 8 new energy levels and 10 new γ-ray transitions.

ALTO (Accélérateur Linéaire et Tandem d’Orsay) est une installation équipée de deux accélérateurs pour la recherche et les applications industrielles (un tandem de 15 MV et une accélérateur linéaire). Mon travail de thèse consiste à l’instrumentation pour la recherche fondamentale de la partie accélérateur linéaire d’ALTO qui fournir des faisceaux de noyaux radioactifs. Les faisceaux de noyaux radioactifs riches en neutrons sont produits par la technique de séparation isotopique en ligne (ISOL). Cette méthode de production permet trois types d’expérience : la mesure de masse, l’orientation nucléaire et les expériences de décroissances radioactives. Parmi ces trois types d’expériences, j’ai participé aux développements de deux nouvelles plateformes expérimentales dans le cadre du projet de l’instrumentation de l’installation ISOL d’ALTO. Le premier, BEDO (BEta Decay studies in Orsay) est un ensemble de détecteurs dédié à la spectroscopie β-γ des noyaux décroissants par désintégration β produits par ALTO. Je présente ici, la mise en fonctionnement de cette plateforme expérimentale, ses caractéristiques techniques et les développements d’outils permettant d’aboutir aux premiers résultats. Pour cette expérience un faisceau de la masse 82 a été produit, saisissant cette opportunité, une ré-investigation de la décroissance de ⁸²Ge vers ⁸²As a permis d’établir un nouveau schéma de niveaux pour ⁸²As et de donner les premières indications de la présence d’états issus de configurations intruses dans les isotones impair-impair N=49. Le second projet développé est POLAREX (POLARization of EXotic nuclei), il s’agit d’une plateforme expérimentale dédiée aux expériences d’orientation nucléaire. Mon travail traite ici de l’entière réhabilitation du cryostat à dilution ³He-⁴He (élément principal et le plus complexe de l’installation) et des développements techniques et R&D apportés à l’ensemble de la plateforme. L’ensemble de ces contributions a permis la validation du fonctionnement de l’installation avec les premières mesures physiques sur les noyaux de ⁵⁴Mn, ⁵⁶Co, ⁵⁷Co créés par activation d’une feuille de Fer avec des deutons produits par le Tandem. / ALTO (Accélérateur Linéaire et Tandem d’Orsay) is a facility composed of two accelerators dedicated to research and industrial applications. There is a 15 MV tandem and a linear accelerator. My PhD work was to develop the instrumentation of the linear accelerator part of ALTO which provides radioactive beams for fundamental research. These radioactive beams are produced using the Isotope Separation On-Line method (ISOL). This technique allows three kinds of experiments: mass measurement, nuclear orientation and radioactivity experiments. Among those three types of experiments, I worked on the development of two new experimental platforms for the ALTO instrumentation. The first one, BEDO (BEta Decay studies in Orsay) is an ensemble of detectors dedicated to β-γ spectroscopy of β-decaying nuclei produced by ALTO. I present in this thesis, the commissioning of this new experimental set-up, its technical characteristics and the tools development leading to the first results. For this commissioning experiment a mass 82 radioactive beam was produced, taking this opportunity the ⁸²Ge vers ⁸²As decay was re-investigated allowing to establish a new level scheme for ⁸²As and giving the first evidences for the presence of intruder states in the N=49 odd-odd isotones. The second project, which is developed, is POLAREX (POLARization of EXotic nuclei), a new facility for nuclear orientation experiments. My thesis deals with the entire reconditioning of a ³He-⁴He dilution refrigerator (major and most complex element of the facility) and R&D and technical developments of the platform. These contributions allowed the successful commissioning of the new experimental platform with the first physical measurements on ⁵⁴Mn, ⁵⁶Co, ⁵⁷Co created by activation of an iron foil with deuterons produced by the Tandem.

La série de détecteurs NEMO est conçue pour la recherche de la double désintégration β sans émission de neutrino qui prouverait que le neutrino est une particule de Majorana (i.e. identique à son antiparticule) et massif. Après avoir présenté l’état des lieux en physique des neutrinos et les détecteurs NEMO 3 et SuperNEMO, cette thèse s’articule en deux parties indépendantes. La première concerne l’étude du bruit de fond provenant des neutrons pour optimiser le blindage destiné au premier module de SuperNEMO. La conclusion de cette étude montre que l’ajout de plaques de polyéthylène boré par rapport au blindage de NEMO 3 (de part et d’autre du blindage en fer) permet d’obtenir un bruit de fond négligeable provenant des neutrons, dans la fenêtre en énergie du canal deux électrons où la double désintégration β sans émission de neutrino du sélénium-82 est attendue, en cinq ans de prise de données de ce premier module. La seconde partie, via l’analyse des données du détecteur NEMO 3, permet une indication de la désintégration double β standard du néodyme-150 vers l’état excité 0+1 du samarium-150. La feuille de néodyme qui est placée dans le détecteur est analysée en détail pour obtenir cette indication à 3, 7σ avec une demi-vie mesurée de : T1/2 (150 Nd0+ →0+1 ) = [7, 12 ± 1, 28 (stat.) ± 0, 91 (syst.)] × 10E19 ans / The NEMO detector series is designed to search for the neutrinoless double β decay, which would prove that the neutrino is a Majorana particle (i.e. identical to its own antiparticle) and has a nonzero mass. After an introduction to neutrino physics and a description of both the NEMO 3 and SuperNEMO detectors, this thesis is articulated in two independent parts.The first provides an investigation of the neutron background in order to optimize the shielding for the first SuperNEMO module. The outcome of the study recommends the addition of borated polyethylene to the NEMO 3 shielding (on both sides of the iron shielding) to obtain a negligible background, coming from neutrons in the energy window of the two-electron channel where the neutrinoless double β decay of selenium-82 is expected, for the duration of five years for which data will be taken with this first module. In the second part, the neodymium foil located in the NEMO 3 detector is deeply analyzed to obtain an indication of the standard double β decay of neodymium-150 to the 0+1 excited state of samarium-150. The measured half-life, with a significance of 3.7σ, is: T1/2 (150 Nd 0+ →0+1 ) = [7.12 ± 1.28 (stat.) ± 0.91 (syst.)] × 10E19 years

In dieser Arbeit wurde die bereits in der Analyse des KATRIN-Experiments verwendete FSD neu bewertet und eine verbesserte FSD präsentiert. Die neu berechnete FSD wurde unter der Verwendung verbesserter leptonischer Potentialkurven für den Grundzustand von T2 und 3HeT+ erstellt. Für die FSD wurden die Anfangtotalionsyumul Ji =0, 1, 2, 3, 4, 5 und 6 (3HeT+) und Ji = 0, 1, 2, 3 (3HeD+ und 3HeH+) verwendet. Damit werden in dieser Arbeit zum ersten Mal figdinilse für Ji = 2 und 3 für die letzteren beiden berichtet mit einem einheitlichen Binning von 0.01 eV potiential. Hier sind die Endzustandswahrschein- lichkeitsdichten für enthalten die ersten 21 elektronisch angeregten Zustände der 3HeT+, 3HeD+ und 3HeH+ für die anfänglichen Rotationszustände Ji = 0, 1, 2 und 3 von T2 , DT und HT berechnet mit dem Katrin Neutrinomassenmessung 1 (KNM1) binning. Weiterhin wurden 22 elektronisch gebundene Zustände des 3HeH+ . Außerdem konnten die 6 niedrigsten angeregten Zustände verbessert werden. Rovibronische Übergangsenergien für H2 , DT, HT, 3HeH+, 4HeH+, 3HeD+ und 4HeD+ Isotope wurden berechnet und mit den vorhandenen Literaturdaten verglichen. Darüber hinaus werden auch Dipolmomente für neue Kernabstände angegeben, welche als Motivation für weiterführende Rechnungen dienen sollen. Erstmals wurden die integrierten Photoionisationsquerschnitte für H2 und HeH+ werten mit Hilfe der reelen Skalierung berechnet. / This thesis has re-evaluated the FSD already used in the analysis of the neutrino mass by the KATRIN collaboration and presented a new improved FSD. The new FSD has been computed using the newly calculated improved potential curves for the electronic ground state of the T2 and HeH+ as well as the electronic transition matrix elements. This has been performed for the electronic ground state of 3HeT+ for the initial rotational states Ji = 0, 1, 2, 3, 4, 5 and 6, 3HeH+ and 3HeD+ for Ji = 0, 1, 2, and 3 whereby Ji = 2 and 3 for the last two molecular isotopes are reported for the first time using a uniform binning of 0.01 eV. Included are also the final-state probability densities for the first 21 electronically excited states of the 3HeT+ , 3HeD+ and 3HeH+ for the initial rotational states Ji = 0, 1, 2 and 3 of T2 , DT and HT respectively calculated using the KATRIN Neutrino mass Measurement 1 (KNM1) binning. The electronic continuum spectrum for the three isotopes for Ji = 0 of T2 , DT and HT has also been calculated. This thesis contains newly calculated 22 electronically bound states of HeH+ . Reported are improved (so far best) results for the six lowest lying electronic states of the HeH+ . Rovibronic transition energies for the H2 , DT, HT, 3HeH+, 4HeH+, 3HeD+, and 4HeD+ have been calculated and the new results have been compared to available literature data. Reported are also transition dipole moments for internuclear distances that have not been published in the past for the two molecules which serves as motivation for more work using other approaches. For the first time, the integrated photoionization cross sections for molecular H2 and HeH+ are calculated using the real-scaling method.

L’étude de la décroissance β est un outil fantastique pour approfondir notreconnaissance de l’interaction faible décrite par le Modèle Standard. Ce modèle et laphysique au-delà peuvent être testés par des mesures précises de paramètres caractérisantces décroissances. Parmi ces tests, la vérification de l’hypothèse de la conservation ducourant vectoriel (CVC) et de l’unitarité de la matrice de mélange des quarks de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) sont d’un grand intérêt. Pour cela, les paramètres caractérisantles transitions β doivent être déterminés très précisément. Les meilleures précisions ont étéobtenues pour les transitions super-permises de Fermi de type 0+ → 0+. Cependant, il existed’autres types de décroissances pour réaliser ces tests, par exemple, les décroissances βmiroir. À ce jour, elles ne permettent pas d’atteindre les précisions obtenues avec lestransitions de type 0+ → 0+. Pour améliorer cela, de nouvelles mesures très précises desparamètres expérimentaux caractérisant ces transitions, comme la demi-vie et le rapportd’embranchement, sont nécessaires. C’est pourquoi une expérience a été réalisée àl’université de Jyväskylä en Finlande, afin d’étudier la décroissance β des noyaux miroir 23Mget 27Si et de mesurer ces paramètres. Les valeurs des demi-vies obtenues pour ces deuxnoyaux sont respectivement dix fois et sept fois plus précises que les moyennes de lalittérature. La valeur obtenue pour le rapport d’embranchement de 23Mg est trois fois plusprécise que la moyenne de la littérature, celui de 27Si étant déjà connu avec une très grandeprécision (0,02%), n’a pas été déterminé avec une meilleure précision. / Beta decays are a fantastic tool to study the weak interaction described by theStandard Model. This model and the physics beyond can be tested by precisemeasurements of nuclear β decays. Among these tests, the conserved vector current (CVC)hypothesis and the unitarity of the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) quark-mixing matrixare of great interest. For these, the parameters of β transitions must be precisely determined.The highest precisions have been obtained with superallowed 0+ → 0+ Fermi β decays.However, there are other possibilities to make these tests, for example mirror β decays. Fornow, they do not allow to achieve the precision of the 0+ → 0+ transitions. To improve this,new accurate measurements of experimental parameters characterizing these transitions,such as the half-life and the branching ratio, are needed. For this purpose, an experimenthas been carried out at the University of Jyväskylä to study the mirror β decays of 23Mg and27Si and to measure these parameters. The half-life values obtained for these two nuclei are,respectively, ten times and seven times more precise than the literature averages. The valueof the branching ratio obtained for 23Mg is three times more precise than the literatureaverage; the one of 27Si has not been improved as it is already precisely known (0.02%).

La conservation du courant faible vectoriel, connue par CVC est une des hypothèses fondamentales du Modèle Standard de l'interaction électrofaible. En revanche, la base théorique de cette hypothèse est seulement l'analogie avec la théorie de l'interaction électromagnétique et la question de sa validité reste posée. La CVC est vérifiable dans les transitions super-permises, 0+ → 0+, T = 1 car elle prédit que le grandeur Ft (≡ ft corrigée) de ces processus à basse énergie doit être indépendant des noyaux mis en jeu. Si la valeur unique de Ft est trouvée, on peut toute de suite déduire la constante du couplage vectorielle GV , reliée à │Vud│, la norme de l'élément le plus important de la matrice du mélange des quarks de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM). Cet élément de matrice joue un rôle crucial dans le test de l'unitarité de la matrice CKM, une autre hypothèse de base du Modèle Standard. Actuellement, 14 transitions super-permises allant du 10C jusqu'au 74Rb sont expérimentalement connues avec une précision meilleure que 0:1%, Cela fait en sorte que l'accès à la constante de couplage est limité par les corrections théoriques, dues aux effets radiatifs et à la brisure de la symétrie d'isospin. Le principal propos de cette thèse est de ré-examiner la correction due au défaut du recouvrement entre les fonctions d'onde radiales de neutrons et celles de protons (ᵟRO) dans le cadre du modèle en couches. Nos calculs sont basés sur l'expansion des éléments de matrice de Fermi sur les états du noyau intermédiaire, développée précédemment par Towner et Hardy [1]. Cette méthode combine les fonctions d'onde radiales réalistes avec les données spectroscopiques obtenues par un calcul à large échelle, permettant ainsi d'aller au-delà des approches traditionnelles. Nous avons considéré 13 transitions super-permises, y comprises : 22Mg, 26Al, 26Si, 30S, 34Cl, 34Ar, 38K, 38Ca, 46V, 50Mn, 54Co, 62Ga et 66As. Les fonctions d'onde radiales sont déterminées avec un potentiel moyen réaliste, tel que le potentiel phénoménologique de Woods-Saxon (WS) ou le potentiel auto-cohérent de Hartree-Fock (HF) dérivé à partir d'une force effective de Skyrme. Les calculs ont été faits avec des différentes paramétrisations (2 paramétrisations WS et 3 forces de Skyrme) qui nous ont semblés être les meilleures et les plus appropriées à nos besoins. Dans un premier temps, des calculs par une méthode simple, sans prise en compte des états intermédiaires ont été réalisés. Avec le potentiel WS, les valeurs de ᵟRO obtenues sont fortement dépendantes de paramétrisation. Afin de clarifier cet effet, nous avons étudié en détail la sensibilité aux paramètres du potentiel avec une attention toute particulière apportée au terme isovectoriel et au terme coulombien. Cela a permis de mettre en évidence qu'une telle dépendance est entièrement dominée par le comportement isovectoriel du potentiel. Finalement, cette propriété inattendue a été bien maîtrisée par la procédure d'ajustement proposée. (...) / The conservation of the weak vector current, known as CVC is one of the fundamentalhypothesis of the Standard Model of the electroweak interaction. Nevertheless,the physics background of this hypothesis is nothing more than an analogyto the electromagnetic interaction's theory and the question of its validity remainsopen. The CVC is veri_able in the superallowed Fermi β-decays, 0+ → 0+, T = 1since it predicts that the Ft (≡ corrected ft) value of such low-energy processesmust be nucleus independent. Once the unique Ft value is found, one can immediatelydeduce the vector coupling constant GV , linked to │Vud, the norm of themost important element of the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) quark-mixingmatrix. This matrix element plays a crucial role in the test of the unitarity of theCKM matrix, another fundamental hypothesis of the Standard Model.Currently, 14 superallowed transitions ranging from 10C to 74Rb are known experimentally with the precision 0.1% or better. This results in a fact that this studyis now limited by the theoretical corrections, due to the radiative and the isospin symmetry-breaking effects. The aim of this thesis is to re-examine the correction due to mismatch between proton and neutron radial wave functions (ᵟRO) within the framework of shell model. We adopted the method recently developed by Towner and Hardy [1]. This method combines realistic radial wave functions with spectroscopic informations obtained from a large-scale shell-model calculation, thus allowing us to go beyond traditional shell-model approaches. In this work, we considered 13 superallowed transitions, including : 22Mg, 26Al, 26Si, 30S, 34Cl, 34Ar, 38K, 38Ca, 46V, 50Mn, 54Co, 62Ga et 66As. The radial wave functions were determined with a realistic single-particle potential, such as the phenomenological Woods-Saxon (WS) potential or the self-consistent Hartree-Fock (HF) mean field derived from an effective Skyrme force. We selected various parametrizations (2 parametrizations for WS and 3 Skyrme forces for HF) that seem to us to be appropriate for our purposes. First, we performed the calculations with a simple method, without taking into account the intermediate states. The result indicates that ᵟRO obtained from WS potential is strongly parametrization dependent. In order to clarify this effect, we studied profoundly the sensitivity to potential parameters, paying particular attention to the isovector and the Coulomb terms.This study provided evidence that such a dependence is entirely dominated by the isovector part of the potential. However, using our proposed adjustment procedure, this problem appears to be well under control. We also examined the surface terms adopted in the work of Towner and Hardy [1], the result showed that one of these terms (the term Vh(r)) is not compatible with our adjustment procedure. (...)