L’équation d’état de la matière nucléaire est un outil primordial dans la description des collisions entreions lourds, mais également dans la description de la formation d’objets ou de phénomènes astrophysiques(structure des étoiles à neutrons, fusion d’étoiles à neutron). Établir l’équation d’état de la matière nucléairerequiert de définir de manière précise les conditions thermodynamiques (densité, température, asymétrie pro-ton/neutron) dans lesquelles le systèmes évolue. Dans ce travail, nous abordons la problématique de l’étatd’équilibration maximal qui est atteint dans les collisions entre ions lourds, en terme d’énergie et d’isospin.Pour cela, nous utilisons la base de données expérimentale du multi-détecteur INDRA construite par lacollaboration au cours de ces 25 dernières années, en nous intéressant plus particulièrement aux collisionscentrales dans le domaine de l’énergie de Fermi, entre 10 et 100 MeV/nucléon. Nous présentons ainsi dansce document, comment à l’aide de simulation dédiées, il nous a été possible de relier le pouvoir d’arrêt de lamatière nucléaire à la section efficace de collision nucléon-nucléon dans la matière nucléaire. Nous apportonségalement des éléments de réponse au regard du transport de l’isospin dans les collisions centrales à l’aidedes rapports isobariques A = 3 construits à partir des tritons et des hélium-3. Ces différents résultats nouspermettent de mettre en avant le nouveau dispositif expérimental mis en place par les collaborations INDRAet FAZIA : le multi-détecteur FAZIA. Ce dernier est le résultat d’une période de recherche et développementde dix ans, ayant abouti à un multi-détecteur embarquant son électronique numérique sous vide, avec desperformances d’identification accrues (mesure de la charge Z et de la masse A jusqu’à Z = 25) par rapportaux multi-détecteurs des générations précédentes. / The nuclear matter equation of the state is an essential tool in the description of heavy ion collisions,but also in the description of the formation of astrophysical objects or phenomena (neutron star structure,neutron stars fusion). Establishing the nuclear matter equation of state requires a proper definition of thethermodynamic conditions (density, temperature, proton/neutron asymmetry) in which the system evolves.In this work, we address the issue of equilibration reached in heavy ion collisions, in terms of energy andisospin. To do this, we use the experimental database of the INDRA array built by the collaboration over thepast 25 years, focusing on central collisions in the Fermi energy domain, between 10 and 100 MeV/nucleon.In this document, we present how, with the help of dedicated simulations, it has been possible to link thestopping power of nuclear matter to the in-medium nucleon-nucleon cross-section. We also provide someanswers regarding isospin transport in central collisions using the isobaric ratios A = 3 based on the tritonsand helium-3 particles. These different results allow us to highlight the new experimental apparatus devel-loped by the INDRA and FAZIA collaborations : the FAZIA array. The latter is the result of a ten-yearperiod of research and development, resulting in an array embedded its digital electronic under vacuum, withincreased identification performance (measurement of the Z charge and A mass up to Z = 25) compared tothe previous generations arrays.

Dans cette thèse, nous avons développé une approche microscopique de la description des effets de la brisure de symétrie d’isospin dans les noyaux de la couche sd. Le travail est effectué dans le cadre du modèle en couches.Nous avons ajouté à un Hamiltonien nucléaire traditionnel, qui conserve l’isospin, l’interaction de Coulomb et le potentiel de type Yukawa d'échange de mésons pour modéliser les forces nucléaires dépendantes de la charge. La base de données sur les coefficients expérimentaux de l'équation des multiplets de masse isobariques (IMME) a été mise au point dans le cadre de cette thèse et a été utilisée pour ajuster les paramètres de l’hamiltonien. L'hamiltonien ainsi construit fournit une description théorique très précise du mélange d’isospin dans les états nucléaires. Nous montrons la pertinence de cette approche dans deux applications importantes : (i) le calcul des amplitudes d'émission de proton interdites par isospin, essentiels dans le cadre d’astrophysique nucléaire et (ii) le calcul de corrections (dues au mélange d'isospin) aux transitions bêta superpermises du type Fermi, cruciales pour les tests des symétries fondamentales du Modèle Standard de l’interaction électrofaible. / In the thesis, we develop a microscopic approach to describe theisospin-symmetry breaking effects in sd-shell nuclei.The work is performed within the nuclear shell model.A realistic isospin-conserving Hamiltonian is supplementedby a charge-dependent part consisting of the Coulomb interaction andYukawa-type meson exchange potentials to model charge-dependent forces ofnuclear origin. The extended database of the experimental isobaric mass multiplet equation coefficients is compiled during the thesis work and is used in a fit of the Hamiltonian parameters.The constructed Hamiltonian provides an accurate theoretical description ofthe isospin mixing nuclear states. A specific behaviour of the IMME coefficients have been revealed.We present two important applications (i) calculations of isospin-forbiddenproton emission amplitudes, which is often of interest for nuclearastrophysics, and (ii) calculation on corrections to nuclear Fermi beta decay, which is crucial for the tests of fundamental symmetries of the weak interaction.

Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la brisure de la symétrie d'isospin dans les noyaux N≈Z et à son effet sur l'élément de matrice de transitions β de Fermi super-permises 0+ ➝ 0+ dans le cas de la décroissance β+ du Mn50.Dans le cadre de l'approche microscopique Highly Truncated Diagonalization Approach (HTDA), dédiée à la description des corrélations au-delà du champ moyen et conservant explicitement de nombre de particules, nous avons étudié (en particulier) le rôle joué par les corrélations d'appariement dans les mécanismes de brisure de la symétrie d'isospin dans l'état fondamental de noyaux N≈Z. Une étude de sensibilité du degré de cette brisure, en fonction de l'intensité de l'interaction résiduelle décrivant l'appariement dans HTDA, a été menée et une interprétation des mécanismes recherchés a été proposée à l'aide d'une approximation développée dans ce travail. Cette étude a mis évidence toute la complexité d'un bon traitement de la symétrie d'isospin, tant au niveau de la description de la source de brisure qu'au niveau de la limitation des biais du modèle. Nous avons également montré la nécessité d'une description très fine des fonctions d'onde corrélées dans un tel problème. Plus précisément, nous avons obtenu une valeur de la correction δc de mélange d'isospin à l'élément de matrice de transition de Fermi de (0.2±0.1)%. Cette valeur a été confrontée à celles obtenues dans d'autres approches. Compte tenu des effets négligés dans notre travail, notre valeur de δc est supposée représenter une borne minimum. / In this work, we are interested in the breaking of the isospin symmetry in the N≈Z nuclei and in its effect on the matrix element of super-allowed 0+ ➝ 0+ Fermi β transitions in the case of the β+ decay of the Mn50. Within the framework of the Highly Truncated Diagonalization microscopic Approach, dedicated to the descritption of correlations beyond the mean field and conserving explicitely the particle number, we have studied (in particular) the role played by pairing correlations in the breaking mechanisms of this symmetry in the ground state of N≈Z nuclei. A sensitivity study of the isospin mixing, as a function of the strength of the residual interaction decribing the pairing correlations in HTDA, has been carried out and an interpretation of the mechanims at work has been proposed in terms of an approximation developped in this work. This study has pointed out the complexity of a good treatment of the isospin symmetry, in the description of the breaking sources as well as in the reduction of model biases. We have also paid attention to the necessity of a very fine description of the correlated wave functions in such a problem. More precisely, we have obtained a value for the isospin mixing correction δc to the Fermi transition matrix element of (0.2±0.1)%. This value has been compared to those obtained in other approaches. Taking account of the neglected effects in our work, our value of δc is expected to be a lower bound.

The Standard Model of Elementary Particle Physics (SM) is the present theoryfor the elementary particles and their interactions and is a well-established theorywithin the physics community. The SM is a combination of Quantum Chromodynamics(QCD) and the Glashow{Weinberg{Salam (GWS) electroweak model. QCDis a theory for the strong force, whereas the GWS electroweak model is a theoryfor the weak and electromagnetic forces. This means that the SM describes allfundamental forces in Nature, except for the gravitational force. However, the SMis not a nal theory and some of its problems will be discussed in this thesis.In the rst part of this thesis, several properties of baryons are studied suchas spin structure, spin polarizations, magnetic moments, weak form factors, andnucleon quark sea isospin asymmetries, using the chiral quark model (QM). TheQM is an eective chiral eld theory developed to describe low energy phenomena of baryons, since perturbative QCD is not applicable at low energies. The resultsof the QM are in good agreement with experimental data.The second part of the thesis is devoted to the concept of quantum mechanicalneutrino oscillations. Neutrino oscillations can, however, not occur within the GWSelectroweak model. Thus, this model has to be extended in some way. All studiesincluding neutrino oscillation are done within three avor neutrino oscillationmodels. Both vacuum and matter neutrino oscillations are considered. Especially,global ts to all data of candidates for neutrino oscillations are presented and alsoan analytical formalism for matter enhanced three avor neutrino oscillations usingtime evolution operators is derived. Furthermore, investigations of matter eectswhen neutrinos traverse the Earth are included.The thesis begins with an introductory review of the QM and neutrino oscillationsand ends with the research results, which are given in the nine accompanyingscientic articles. / QC 20100616

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. (...)