Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2004. / Titre de l'écran-titre (visionné le 12 juillet 2005). Thèse présentée en cotutelle: Faculté des sciences et de génie, Université Laval & Institut de physique nucléaire de Lyon, Université Claude Bernard Lyon-1. Bibliogr.

Le terme d’énergie de symétrie (Csym) contenu à l’intérieur de l’équation d’état de la matière nucléaire est étudié via l’isoscaling et les formes des distributions isotopiques pour les réactions 40,48Ca+40,48Ca à une énergie incidente de 35 MeV/A. Les collisions périphériques et semi-périphériques sont étudiées. Un couplage entre deux appareils expérimentaux, le spectromètre VAMOS et le multidétecteur INDRA, a été fait. VAMOS a permis de mesurer la charge et la masse des résidus d’évaporation du quasi-projectile (PLF) avec grande précision. Les particules légères chargées ont été mesurées simultanément avec INDRA, permettant d’estimer le paramètre d’impact et l’énergie d’excitation ainsi que de reconstruire le fragment primaire, parent du PLF. L’étude des PLF montre la présence d’un effet pair-impair associé aux effets de désintégrations secondaires. L’extraction d’une information concernant Csym par l’étude des PLF, dans le cadre de cette thèse, est donc difficile, d’où la nécessité de reconstruire le fragment primaire. En étudiant les fragments primaires reconstruits, nous observons une évolution du paramètre Csym/T en fonction de la charge. Cette évolution est attribuée au degré d’excitation des fragments. De plus, la forme des distributions globales de Csym/T nous permet d’extraire le rapport des contributions de surface et de volume à l’énergie de symétrie. Ces rapports nous montrent des effets de surface importants, appuyés par les calculs théoriques. À partir des températures extraites par les spectres en énergie des protons, une valeur de Csym est extraite. Ces valeurs, autour de 30 MeV, sont cohérentes avec des valeurs autour de la densité de saturation. / Symmetry term (Csym) inside the nuclear equation of state is studied with the help of the isoscaling parameters and the isotopic distributions widths for 40,48Ca+40,48Ca reactions at an incident energy of 35 MeV/A. Peripheral et semi-peripheral collisions are studied. A coupling between two experimental setups, VAMOS spectrometer and INDRA multidetector was done. VAMOS was able to measure the charge and mass of the projectile like fragment (PLF) with a high precision. Light charged particles were measured in coincidence with INDRA, and they give us an impact parameter and excitation energy estimations They are also used in the primary fragment reconstruction, which are the PLF parent. PLF study shows the presence of an important odd-even effect, which can be associated to the secondary decay effects. The extracted values of the symmetry energy term directly from the PLF are not reliable. Therefore, it is necessary to reconstruct the primary fragment in order to take into account the secondary decay effects. By studying primary fragments, we observe an evolution of the parameter Csym/T as a function of the charge. This evolution is attributed to the fragment excitation energy. Also, global distributions of Csym/T give us an information on the surface over the volume contributions to the symmetry energy ratio. Those ratios show important surface contributions, same results given by simulations. With extracted temperatures from proton energy spectra, a Csym value can be obtained. Those values, around 30 MeV, are coherent with values around the saturation density.

Les collisions d'ions lourds aux énergies intermédiaires produisent, pour des collisions semi-périphériques, une zone de mi-rapidité. Il a été montré expérimentalement que cette zone a un ratio N/Z plus élevé que le système. Deux explications sont généralement admises pour expliquer ce phénomène : le gradient isovectoriel et l'agrégation rapide de particules symétriques. Cependant, la force de Coulomb peut créer une migration des protons qui peut expliquer une partie de cet enrichissement. Pour vérifier cette hypothèse, des simulations ont été effectuées avec un programme se basant sur l'approche BUU. Lors des simulations, certaines émissions non-physiques ont été observées et ont dû être supprimées de l'analyse par différents moyens. Lorsque ces émissions sont retirées, les simulations montrent un enrichissement de la zone de mi-rapidité qui ne peut être dû qu'à la force de Coulomb. Cet enrichissement présente un maximum en fonction de l'énergie du faisceau. L'effet de migration créé par la force de Coulomb n'arrive cependant pas à expliquer tout l'enrichissement.

Les études de la multifragmentation dans les collisions d'ions lourds aux énergies de Fermi se sont intensifiées dès les années 90 avec le développement des détecteurs et outils pour récolter et trier la quasi totalité des réactions nucléaires. Dans la première partie de ce travail, on a étudié les collisions centrales du système Ni+Ni à 32, 40, 52, 64, 74, 82 et 90A MeV, à l'aide du multidétecteur INDRA. Nous avons sélectionné les collisions centrales par une Analyse Factorielle Discriminante. La confrontation des données avec le modèle SMM a permis d'établir que la forme de la source est allongée dans la direction du faisceau (" = 1:7) et d'extraire l'énergie d'expansion de cette source (0:75, 1:7 et 2:4A MeV pour les énergies incidentes de 32, 40 et 52A MeV, respectivement). La recherche d'un signal de transition de phase a été abordée avec diverses analyses. Celle concernant les capacités calorifiques s'est traduite par la mise en évidence d'un signal expérimental à 32A MeV mais dont l'interprétation reste délicate compte tenu des perturbations apportées par les hypothèses indispensables à la reconstruction des fragments au freeze-out. La méthode des corrélations en charges, qui permet de rechercher des signaux "fossiles" de fragments de taille égale issus de la décomposition spinodale, permet de conclure à une surproduction de fragments de taille égale à 52A MeV. La recherche d'une signature d'un comportement critique montre que, m^eme si les fonctions d'échelle se regroupent en deux familles distinctes, la loi d'échelle n'est pas vérifiée de façon rigoureuse pour le système à 52A MeV, ce qui peut s'interpréter comme une transition d'une phase ordonnée à plus basse énergie vers une phase désordonnée à plus haute énergie. Par ailleurs, l'étude des mécanismes des réactions dans les collisions d'ions lourds aux énergies de Fermi montre la prédominance du caractère binaire de la collision, un processus qui conduit à la formation de deux sources. Récemment, on s'est intéressé aux fragments de fission binaire formés après la première étape des collisions profondément inélastiques, en posant la question sur l'aspect statistique en fonction de l'aspect dynamique de la fission. Afin de comprendre l'origine de production de ces fragments, la corrélation entre les deux plus gros fragments résultant des réactions Ni+C, Mg, Zn et Au a été étudiée. Les distributions angulaires indiquent que les deux plus gros fragments sont alignés dans la direction du quasi-projectile (QP). En étudiant les fonctions de corrélation, nous avons constaté que le QP se brise à proximité de la cible. Ceci suggère que l'intervalle de temps entre la séparation du QP et la quasi-cible et la désintégration du QP est suffisamment court pour que les fragments du QP ressentent le champ coulombien de la cible. La corrélation entre la taille et la vitesse des fragments nous suggère que c'est la déformation du QP engendrée lors de la collision entre la cible et le projectile qui provoque sa cassure binaire. / Studies of multifragmentation in collisions of heavy ions in the Fermi energy domain has been intensified with the development of the techniques to extract the most violent collisions. In first part of this work, we studied central collisions of the Ni+Ni system at 32, 40, 52, 64, 74, 82 and 90A MeV, measured with the INDRA multidetector. We selected central collisions with the Discriminant Analysis Method. The confrontation of experimental data with SMM model shows that the mean shape of the source is elongated along the beam axis (" = 1:7) and makes it possible to extract the expansion energy of the source (0:75, 1:7 and 2:4A MeV at 32, 40 and 52A MeV respectively). We have shown that the fact that we have a source which is not completely equilibrated does not allow to conclude from the existence of a liquid-gas phase transition of nuclear matter using the heat capacities. The method of charge correlations shows an overproduction of events with equal size fragments at 52A MeV. The search for a signature of critical behaviors shows that, even if functions of scale gather in two families distinct, the law of scale is not verified in a rigorous way for the system at 52A MeV, which can be interpreted like a transition from an ordered phase at lower energies towards a disordered phase at higher energies. On the other hand, heavy ion collisions in the Fermi energy domain are known to be dominated by deep inelastic scattering, a process leading to the formation of two partners in the reaction exit channel. Recently, an increasing interest has been devoted to binary fission of fragments at the end of the deep inelastic scattering stage, with the related studies usually addressing the question of the statistical versus dynamical aspects of the fission process. In order to understand the origin of production of these fragments, projectile binary breakup has been investigated in Ni+C, Mg, Zn and Au. The fragment angular distributions exhibit an anisotropic pattern showing that breakup is aligned with the direction of scattered quasi-projectile (QP). The correlation functions of the two heaviest fragments have been studied as a function of charge asymmetry. They suggest that the QP decays while still in close proximity of the target. The correlation between the charge and velocity of the two heavy fragments shows that the binary breakup of the QP might originate from an important deformation of the projectile by the target.

L'objectif principal de l'expérience d'HERACLES 2001 est d'évaluer la vitesse, la multiplicité et les températures apparentes des différentes sources d'émissions et ainsi d'étudier l'influence de l'asymétrie de masse et d'isospin projectile-cible sur les caractéristiques de la source de mi-rapidité. Une méthode dans la caractérisation des sources d'émission est via la paramétrisation multisource des spectres énergétiques des neutrons. La méthode de gestion de fond Monte Carlo a été créée dans le but du soustraire le contribution statistique des neutrons provenant du fond ambiant. L'émission des neutrons provenant des systèmes ⁷⁸Kr+¹⁸¹Ta à 40 AMeV, ³⁶Ar+¹⁸¹Ta à 35 et 50 AMeV, et ³⁶Ar+⁵⁸Ni à 35 et 50 AMeV est étudié. La paramétrisation multisource montre que la multiplicité des neutrons émis par la quasi-cible et à la mi-rapidité varie selon la symétrie du système original. L'évaluation de cette multiplicité de neutrons à la mi-rapidité montre une valeur plus élevée pour les systèmes symétriques, par rapport à la valeur évaluée à la quasi-cible. L'étude exhaustive de l'émission des fragments légers permet de voir une émission plus prononcée de tritons et d'hélium-4 émis à la mi-rapidité pour les systèmes présentant une asymétrie N/Z.

Un des objectifs principaux de l'expérience PHENIX est l'étude de la matière nucléaire soumise à des conditions extrêmes de température et de densité d'énergie. Dans les collisions ultra-relativistes Au+Au à 200 GeV par paires de nucléon, il serait possible de former un état de la matière pour lequel les quarks et les gluons ne seraient plus liés au sein des nucléons mais pourraient évoluer de façon quasi-libre sur des distances plus grandes que la taille caractéristique de ces derniers. Cet état est dénommé le Plasma de Quarks et de Gluons (QGP). L'étude de la production du J/psi, particule lourde formée d'une paire de quarks charme (c et c_bar), est une des sondes initialement proposée pour étudier le QGP. Une suppression de la production du $\jpsi$ était en effet attendue en présence d'un QGP, en raison de l'écrantage du potentiel de liaison entre les quarks charme le constituant par la présence du milieu dense coloré environnant. De nombreuses mesures du $\jpsi$ ont eu lieu depuis au SPS (CERN) et à RHIC (BNL). Elles ont permis de mettre en évidence non seulement l'existence d'une telle suppression, mais également la présence de mécanismes supplémentaires, rendant plus difficile l'interprétation des résultats correspondants. L'expérience PHENIX est la seule des quatre expériences de RHIC capable de mesurer le J\psi à rapidité positive via sa désintégration en deux muons. En 2007 des collisions Au+Au à une énergie par paire de nucléons dans le centre de masse \sqrt{s_{NN}}=200 GeV ont été réalisées à BNL, ce qui a permis d'augmenter d'un facteur quatre la statistique disponible pour l'étude du $\jpsi$ par rapport aux résultats publiés précédemment. Cette augmentation, ajoutée à la mise en oeuvre de nouveaux détecteurs dans PHENIX, a permis de préciser les mesures précédentes, et de mesurer des observables jusqu'alors inaccessibles telles que l'asymétrie azimutale de la production du J\psi, une grandeur qui devrait permettre de distinguer certains des mécanismes de cette production. Ce manuscrit présente la compréhension actuelle de la production de quarkonia et l'utilisation de cette sonde dans l'étude du QGP. En particulier, la mesure du flot elliptique peut contraindre notre connaissance du milieu formé. L'analyse conduisant à la première mesure de l'anisotropie azimutale du $\jpsi$ à rapidité positive dans les collisions Au+Au à 200~GeV par paire de nucléons est détaillée. Cette mesure devrait permettre de préciser le mécanisme de production du méson, en particulier en ce qui concerne la part de recombinaison des quarks $c$ en $\jpsi$.

Nous avons étudié la production des états liés charmés dans les collisons ultrarelativistes d'ions lourds. Nous proposons tout d'abord un modèle de la production des mésons J/psi , à deux composantes, qui inclut : (i) une production primordiale des J/psi dans les collisions dures couplée à l'absorption des J/psi dans la matière nucléaire, le plasma de quarks et de gluons et la matière hadronique, et (ii) une production statistique des J/psi résultant de la coalescence de quarks c et cbar lorsque le système hadronise. Les deux sources de J/psi sont évaluées dans un scénario d'équilibre thermique et notre modèle permet de rendre compte de façon satisfaisante des données expérimentales obtenues au CERN-SPS et à RHIC. Nous étudions ensuite les conséquences des effets de milieux sur la production des hadrons charmés, en nous basant sur de récents résultats de la chromodynamique quantique sur réseau. Nous envisageons la régénération des J/psi dans le plasma de quarks et de gluons et montrons que les effets de milieux dans la matière hadronique permettent d'expliquer la dépendance en centralité du rapport psi'/psi.

Les collisions d'ions lourds relativistes permettent d'étudier la production du plasma de quarks et de gluons (QGP), état dans lequel serait la matière hadronique au-delà d'une température de l'ordre de 200~MeV. Le $J/\psi$, état lié~$c\bar{c}$, est une des sondes utilisées pour observer le QGP. Son taux de production peut être modifié par divers effets en compétition: les effets nucléaires froids et ceux attendus en cas de production du QGP. Une suppression anormale du $J/\psi$ (au-delà des effets froids) a déjà été vue par l'expérience NA50 (SPS) dans les collisions Pb~+~Pb les plus centrales. L'expérience PHENIX (RHIC) poursuit cette étude à une énergie environ dix fois plus élevée. Nous avons étudié la production du $J/\psi\to\mu^+\mu^-$ dans les collisions Cu~+~Cu effectuées en 2005 à une énergie de 200~GeV par paire de nucléons. Les résultats obtenus apportent des informations importantes sur les effets froids: ils permettent d'améliorer de manière significative la précision obtenue dans les collisions à petit nombre de nucléons participants, où le QGP ne peut être produit. Ils confirment la similitude des suppressions déjà observées au RHIC dans les collisions Au~+~Au et au SPS; ce constat restant à corroborer par des mesures plus précises des effets froids au RHIC. Les résultats combinés Au~+~Au et Cu~+~Cu mettent aujourd'hui en défaut la plupart des modèles théoriques, et pourraient favoriser l'hypothèse d'une production ! secondaire du $J/\psi$ dans le milieu (recombinaison).

Le multidétecteur HERACLES a été utilisé pour étudier les réactions ²⁵Na; ²⁵Mg + ¹²C à 9.23 MeV par nucléon à l’accélérateur ISAC-2 de TRIUMF. Les données brutes recueillies par HERACLES doivent être traitées pour en tirer des résultats physiques. Nous avons conçu un programme d’analyse codé en C++ pour traiter ces données. Le développement d’algorithmes d’identification a permis d’accélérer l’identification des particules dans les spectres des nombreux détecteurs d’HERACLES. Les résultats de l’identification montrent une identification en charge des particules pour les détecteurs des 4 premiers anneaux couvrant des angles de 4.8° à 24° par rapport au faisceau. Les particules légères sont identifiées en masse jusqu’à l’hélium dans les 2 autres anneaux couvrant les angles de 24° à 46°. L’étalonnage en énergie des détecteurs est déterminé à l’aide de la formule de Parlog. Nous avons réalisé une simulation hybride AMD et GEMINI et nous avons comparé les résultats aux données expérimentales pour les systèmes ²⁵Na; ²⁵Mg + ¹²C C à 9.23 MeV par nucléon.

Les collisions d’ions lourds aux énergies intermédiares (E/A = 10 - 100 MeV/nucléon) sont caractérisées par une variété surprenante de phénomènes responsables d’une production importante de particules et de fragments. L’étude des mécanismes de réaction permet de clarifier la dépendance de ces phénomènes selon les paramètres initiaux de la collision. Le travail expérimental présenté dans cette thèse est axé sur l’étude du rôle de l’asymétrie de masse et de l’asymétrie d’isospin en voie d’entrée pour la production de particules et de fragments, principalement dans les régions de vitesses caractéristiques du quasi-projectile et d’une zone intermédiaire.... / Québec Université Laval, Bibliothèque 2019