La multifragmentation d'agrégats a été mise en évidence dans des collisions à haute vitesse (~c/100) entre un atome d'hélium et un agrégat d'hydrogène H3 (H2)m (m=1-14). La collision, réalisée en cinématique inverse (les agrégats sont accélérés), permet la détection en coïncidence pour chaque événement des fragments neutres et chargés. Ces expériences, associées à celles réalisées dans les mêmes conditions avec les constituants moléculaires de l'agrégat (H3 et H2), sont analysées sous deux aspects différents : la caractérisation de différents mécanismes d'excitation et de relaxation et la description de la fragmentation en termes de changement d'état d'un système fini. L'étude de canaux de fragmentation particuliers permet la caractérisation des mécanismes d'excitation. L'étude de la taille de l'agrégat résiduel à l'issue de la fragmentation pour différentes excitations montre que la relaxation de l'agrégat dépend de l'état de charge du système après collision mais aussi de l'état dissociatif ou non des molécules excitées. La comparaison de modèles de percolation avec les données expérimentales met en évidence un comportement critique dans la fragmentation des agrégats d'hydrogène. Tracée à partir des caractéristiques des distributions en taille à une énergie déposée donnée, la courbe calorique montre que ce comportement critique peut être associé à une transition thermodynamique du premier ordre, transition entre un état « agrégat » et un état où les entités moléculaires ne sont plus en interaction. L'ensemble des résultats montre que les agrégats moléculaires sont des outils prometteurs pour étudier, à l'échelle moléculaire, les effets biologiques des rayonnements ionisants. C'est dans cette perspective que sont présentés les résultats d'une étude préliminaire sur la production d'ions issus de molécules d'eau après capture électronique ou ionisation directe par des protons ou des atomes d'hydrogène rapides.

Dans le cadre de la recherche expérimentale de la formation du plasma de quarks et de gluons dans les interactions entre ions lourds ultrarelativistes, les données obtenues par la collaboration NA50 auprès du SPS au CERN sont analysées. La cible segmentée utilisée par l'expérience NA50 est décrite et analysée en termes d'efficacité d'identification du vertex et de reconnaissance de réinteractions. Les sections efficaces de production des charmonia J/Psi, Psi' (via leur désintégration en paires de muons) et du processus Drell-Yan dans les interactions Pb-Pb à 158 GeV/c par nucléon sont mesurées. La dépendance en énergie transverse E_T des taux de production du J/Psi et du processus Drell-Yan est extraite. La comparaison des sections efficaces extraites avec celles mesurées pour des systèmes plus légers et la comparaison de la dépendance en E_T de la section efficace de production du J/Psi avec les prédictions théoriques issues du modèle de Glauber montrent l'existence d'une suppression anormale du taux de production du J/Psi qui dépend de la centralité des collisions. Cette suppression anormale est mise en rapport avec les modèles théoriques proposés par différents auteurs, décrivant la formation et l'interaction des états liés du charmonium dans un milieu déconfiné ou non déconfiné.

Un des objectifs de la physique des ions lourds aux énergies ultra-relativistes est la mise en évidence et la caractérisation d'une nouvelle phase de matière, le plasma de quarks et de gluons (QGP). L'une des signatures est la suppression des résonances de haute masse (J/psi,upsilon) et, en particulier, celle du upsilon, qui ne pourra être observée, (au travers de sa désintégration muonique) qu'aux énergies LHC (Large Hadron Collider) en collision Pb-Pb. Le bras dimuon, sous-détecteur de ALICE, a en charge l'identification et la caractérisation de ces muons, via des chambres de trajectographie, un dipôle et un système de déclenchement appelé "trigger". Le système de déclenchement du bras dimuon est basé sur des chambres à plaques résistives (RPC). Après avoir fait l'analyse des données recueillies durant une campagne de tests au CERN, il est apparu que la résolution en temps, délivrée par l'électronique du détecteur, ne satisfaisait pas entièrement les performances requises. Nous avons alors développé une nouvelle technique de discrimination nommée ADULT (A DUaL Threshold) qui améliore la résolution en temps du détecteur. Cette électronique permet également d'optimiser plusieurs paramètres critiques du fonctionnement d'une RPC en mode streamer. Ce nouveau système de discrimination a amené l'équipe à développer une puce de microélectronique spécifique qui a été validée lors de tests réalisés au CERN. D'autre part, des simulations de collisions Pb-Pb ont été réalisées. Les spectres de masse invariante sont présentés ainsi que l'effet des coupures en impulsion transverse du "trigger" du spectromètre dimuon sur ces spectres de masse. D'autre part, la perte d'énergie des quarks dans le milieu nucléaire est introduite. Nous montrons et commentons les effets induits sur les résultats des simulations. De plus, deux techniques d'estimation de bruit de fond combinatoire sont mises en oeuvre. Il est alors montré que la technique de "l'event mixing" est mieux adapté que la méthode des "like - sign" pour l'estimation du bruit de fond combinatoire aux énergies LHC. Il est égalementmontré comment nous pouvons obtenir une estimation de la section efficace de production de beauté à l'aide de ces deux méthodes.

Des informations sur la nouvelle physique peuvent être extraites de plusieurs secteurs indépendants et en particulier : les recherches directes du Higgs et de nouvelles particules aux collisionneurs, qui sont entrées dans une nouvelle ère avec le démarrage du LHC, les informations indirectes des données de physique des saveurs, en utilisant les résultats obtenus aux usines à B et récemment aussi au LHC, et enfin les informations indirectes sur la densité relique de mati ère noire et les recherches directes de mati ère noire, en particulier au vu des résultats récents des expériences XENON, CoGENT, CRESST, ... Combiner les informations des différents secteurs est en effet riche d'implications et permet de réduire l'espace des paramètres des scénarios de nouvelle physique. Nous avons démontré l'existence de telles synergies dans le contexte de la supersymétrie pour différents scénarios contraints ainsi que pour un scénario plus g én éral du MSSM (pMSSM).

Cette thèse expérimentale explore les propriétés supraconductrices du silicium très fortement dopé, en particulier au bore, ainsi que les propriétés physiques anormale observées à plus hautes températures. La supraconductivité de Si:B est obtenue sous 1K, pour des dopages en bore supérieurs à la limite de solubilité du bore dans le silicium. Le Si:B est métallique à ces taux de dopage. Dans une première partie, nous exposons les différentes techniques expérimentales exploitées au cours de cette thèse. Nous expliquons les différentes techniques de dopage hors équilibre identifiées pour doper du silicium au-delà de la limite de solubilité, puis les techniques de caractérisation pour contrôler la qualité des couches dopées obtenues, ainsi que les méthodes de mesures aux très basses températures. Dans une deuxième partie, nous exposons les résultats obtenus sur la supraconductivité de Si:B en faisant varier dans un premier temps le taux de dopage en bore, puis en renouvelant l'étude à différentes épaisseurs de couche dopée. Nous montrons notamment que l'évolution de la Tc avec le couplage électron-phonon $lambda$ ne suit pas une loi de McMillan classique, mais plutôt une loi de puissance comme celle observée dans le cas du diamant supraconducteur. Nous montrons que ce résultat peut être expliqué dans le cadre d'un modèle d'un supraconducteur à deux couches de $lambda$ différents. En étudiant la dépendance en température et angulaire de Hc2, nous montrons que Si:B est un supraconducteur intrinsèquement de type I, mais qui devient de type II sous effet d'impuretés, et que la supraconductivité est à caractère bidimensionnel. Dans une troisième partie, nous présentons des comportements anormaux de certaines caractéristiques physiques mesurées dans certaines séries de Si:B, à partir de 50K et qui persistent jusqu'à au moins 400K. Nous présentons des mesures de magnétotransport, d'effet Hall et de mesures thermoélectriques qui présentent toutes des caractéristiques hautement non linéaires, et donc anormales pour un métal. L'origine de ces anomalies est toujours ouverte. Enfin, nous présentons quelques perspectives de travail, en particulier les premières mesures sur un échantillon avec une géométrie de type SQUID. / This experimental PhD thesis explore the superconductivity of heavily boron doped epilayers as well as some unusual properties observed at high temperatures. The superconductivity of Si:B is observed below 1K and triggered by boron content exceeding the solubility limit of boron into silicon. For such high boron contents, the silicon layers are metallic. In a first part, we develop the various experimental techniques used. We explain the principles of the out-of-equilibrium doping techniques required to doped beyond the solubility limit. We develop also on the characterisation techniques used to control the quality of the samples, as well as the low temperatures measurement techniques. In a second part, we show the results obtained on the superconductivity of Si:B, obtained forst by varying the boron content at a given layer thickness, and then as a function of the layer thickness. We show that the evolution of Tc with the electron-phonon coupling constant lambda doesn't follow the classical McMillan law, but rather a power of law as it was reported for superconducting diamond. We show that this result can be explained by a double layer model with dislocations resulting in two different lambda values for each sublayer. The study of the temperature and angular dependency of the Hc2 also show that Si:B is an intrinsic type I superconductor turned into type II with defect effects, and that the superconductivity is bidimensionnal. In a third part, we present the anomalous high temperature behaviour of some Si:B epilayers, starting from 50K and observed at least up to 400K. We present magnetotransport, Hall effect and thermoelectric measurements that all show a highly non linear behaviour, unusual for a metal. The origin of these anomalies is still an open question. We finally present some future perspectives, including the first measurements on a Si:B SQUID-like geometry.

En explorant la dynamique des galaxies nous obtenons des renseignements concernant leurs différents composants de masse, leur formation et évolution. Dans cette thèse, j'utilise des modèles dynamiques obtenus à partir des images de galaxies observées. Je commence par l'amélioration de ces modèles en incluant la géométrie des bulbes cacahuètes (B/P), et en quantifiant leurs effets sur les modèles. Les bulbes B/P ont un effet significatif sur le potentiel, les forces, la structure orbitale et la force de la barre, et par conséquent devraient être inclus dans le but de rendre les modèles aussi précis que possible. En suite, j’emploie des modèles dynamiques avec et sans B/P pour déterminer leur effet sur les flux de gaz vers les régions centrales. Je montre que, si le modèle contient un bulbe B/P, la force de la barre est réduite et, par conséquence, le montant d'afflux du gaz conduit à des concentrations de masse réduites dans les centres des galaxies. Je me sers des modèles dynamiques pour étudier la galaxie NGC 1291. J'utilise la nature non-axisymétrique de la barre, ce qui induit des chocs dans le gaz - créant ainsi des bandes de poussière dans la barre - pour imposer des contraintes sur le ratio masse-à-lumière des disques. Les résultats soutiennent que NGC 1291 a un disque maximale et que dans les régions centrales, la matière baryonique domine la matière noire. Je mets aussi des limites sur la vitesse de rotation de la barre, montrant qu’elle tourne vite. Je démontre donc que la méthode dynamique utilisée, peut fournir des contraintes sur la distribution de la matière noire des galaxies observées, et donc aussi sur les modèles de formation et évolution des galaxies. / By exploring the dynamics of galaxies we obtain a wealth of information regarding their various mass components, their formation and evolution. In this thesis I make extensive use of dynamical models obtained directly from images of observed galaxies. I therefore start by improving these models by including the geometry of boxy/peanut (B/P) bulges, and quantifying their effects on the models. B/P bulges have a significant effect on the potential, forces, orbital structure and bar strength of the models, and as such should be included in order to make them as accurate as possible. I then employ dynamical models with and without B/P bulges to determine their effect on gas inflow to the central regions. I show that in the presence of B/P bulges the bar strength is reduced, as is the amount of gas inflow, leading to smaller mass concentrations in the centres of galaxies. Furthermore, I employ dynamical models to carry out a detailed study of the nearby galaxy NGC 1291. I use the non-axisymmetric nature of the bar, which induces shocks in the gas - thus creating dust lanes along the leading edges of the bar - to put constraints on the mass-to-light ratio of the disc. The results argue strongly that NGC 1291 has a maximal disc, i.e. that in the central regions, baryonic matter dominates over the dark matter. Furthermore I place limits on the pattern speed of the bar, showing that the bar rotates fast. I thus demonstrate that the dynamical method used can provide constraints on the dark matter distribution of observed galaxies, and therefore also on current models of galaxy formation and evolution.

Les phénomènes de clustering caractérisent plusieurs domaines des sciences naturelles et de la sociologie. Ils consistent en l'auto-organisation de groupes d'objets en sous-groupes corrélés, en introduisant des symétries et, dans certains cas, un certain degré d'ordre dans le système global. En physique nucléaire, ces aspects représentent l'un des effets les plus fascinants induits par le principe de Pauli dans les noyaux. Leur investigation est un outil extrêmement puissant pour comprendre le comportement des forces nucléaires dans les systèmes d’N corps avec interactions les unes les autres. Dans ce thèse, je discute des résultats d'une campagne expérimentale qui explore les aspects de clustering dans les systèmes nucléaires légers à partir d'une approche multi-méthodique et en utilisant des techniques différentes et complémentaires. Le travail commence avec le noyau 10Be, prévu pour être constitué par une structure de cluster moléculaire de deux particules alpha liées par les deux neutrons de valence supplémentaire. L'expérience a été réalisée avec des faisceaux de 10Be produits au laboratoire INFN-LNS avec la technique de fragmentation des projectiles FRIBs. À travers des techniques de corrélation particule-particule, des signaux d'un nouvel état appartenant possiblement à la bande de rotation moléculaire de 10Be ont été observés. Autres noyaux appartenants à la chaîne isotopique du carbone ont également été étudiés pour comprendre comment les phénomènes de clustering évoluent avec l'excès de neutrons. Pour 11C et 13C, nous avons utilisé les réactions nucléaires 10B(p,a) et 9Be(a,a), respectivement, à basse énergie. Ces mesures ont été conduites à l'accélérateur TANDEM de Naples. Les sections efficaces différentielles et les distributions angulaires, ainsi que autres données disponibles dans la littérature, ont été reproduites par des calculs R-matrix, ce qui nous a permis d'affiner la structure de ces noyaux et de suggérer l'existence d'états à cluster.Le noyau 16C a été étudié avec la même configuration expérimentale utilisée dans le cas du 10Be mais avec un faisceau secondaire très intense. J'ai observé des contributions non négligeables dans les voies de désintégration à deux et à trois corps pour le 16C, voies qui représentent des désintégrations extrêmement rares. Enfin, l'état de Hoyle dans 12C (7.654 MeV,0+) a été étudié avec une expérience de haute précision en utilisant la réaction 14N(d,a) à 10,5 MeV à INFN-LNS. L'étude a fourni un limite supérieure pour la voie de désintégration directe en trois alpha avec une précision sans précédent. Ce résultat, qui améliore d'un facteur 5 l'état actuel de la technique, fournit une contrainte importante aux modèles de structure théorique ainsi qu'aux calculs de nucléosynthèse stellaire responsables de l'origine des éléments dans l'univers. Les phénomènes de clustering ont également été étudiés dans les noyaux 19F et 20Ne avec la réaction 19F(p,a) à très basse énergie à l'accélérateur AN-2000 de l'INFN-LNL. Une analyse par R-matrix de la section efficace intégrée a été utilisée pour fournir des informations sur la structure du noyau composé 20Ne avec des implications astrophysiques sur le cycle CNO dans les étoiles. J'ai également étudié les collisions entre les ions lourds à des énergies intermédiaires pour explorer les phénomènes de clustering dans la matière nucléaire diluée et chaude. J'ai développé un modèle thermique des corrélations particules-particules pour décrire la population d'états non liés produits lors de l'évolution des collisions Ar+Ni violentes à 32-95 MeV par nucléon. Les limites d'une approche purement thermique dans un tel système dynamique ont été discutées, avec des idées possibles pour expliquer le mécanisme qui peuplent les états internes dans les noyaux 8Be en discutant l'interconnexion entre la thermodynamique et les effets d'interaction d’état final. Ces études sont importants pour décrire la formation de clusters dans la matière nucléaire. / Clustering phenomena characterise several fields of natural sciences and sociology. They consist on the self-organisation of groups of objects in correlated sub-groups, introducing symmetries and, in some cases, a certain degree of order in the overall system. In nuclear physics, these aspects represent one of the most fascinating effects induced by the Pauli principle in nuclei. Their investigation is an extremely powerful tool to understand the behaviour of nuclear forces in N-body interacting systems. In this thesis, I discuss the results of an experimental campaign that explores clustering aspects in light nuclear systems from a multi-methodic approach and by using different and complementary techniques.The work start with the 10Be nucleus, predicted to be constituted by a molecular cluster structure of two alpha particles kept bound by the two extra valence neutrons. The experiment has been performed with 10Be beams produced at the INFN-LNS laboratory with the FRIBs projectile fragmentation technique. By means of particle-particle correlation techniques, signals of a new state possibly belonging to the 10Be molecular rotational band were observed. Other nuclei along the carbon isotopic chain were also investigated to understand how clustering phenomena evolve with neutron excess. For 11C and 13C we used 10B(p,alpha) and 9Be(alpha,alpha) nuclear reactions, respectively, at low energies. These measurements were made at the tandem accelerator in Naples. Measured Differential cross sections and angular distributions, together with other data available in the literature, were reproduced by R-matrix calculations, which allowed us to refine the spectroscopy of such nuclei and suggest the existence of cluster states, possibly members of molecular rotational bands. The 16C nucleus was investigated with the same setup used in the 10Be case with a very intense secondary beam. I have observed non vanishing yields in both two-body and three-body cluster disintegration channels for 16C which represent extremely rare decays. Finally, the Hoyle state in 12C (7.654 MeV, 0+) was investigated in a high-precision experiment by using the 14N(d,a) reaction at 10.5 MeV at INFN-LNS. The study has provided an upper limit to the direct three-alpha decay process of such state with an unprecedented precision. This result, which improves of a factor 5 the existing state of the art, provides important constraint to theoretical structure models as well as to stellar nucleosynthesis calculations aiming at revealing the origin of elements in the universe. Clustering phenomena have also been studied in 19F and 20Ne nuclei with the 19F(p,a) reaction at very low energies at the AN-2000 accelerator of the INFN-LNL. An R-matrix analysis of the integrated cross-section was used to provide information on the structure of the 20Ne compound nucleus with its astrophysical implications on the CNO cycle in stars.I have also used heavy ion collisions at intermediate energies to explore clustering phenomena in dilute and hot nuclear matter. I have developed a thermal model of particle-particle correlations whit the aim of describing the population of decaying unbound states produced during the evolution of violent Ar+Ni collisions at 32-95 MeV per nucleon. The limitations of a purely thermal approach in such a dynamical system have been discussed, with possible ideas to explain the mechanism which populate internal states in 8Be cluster states accounting for the interplay of thermodynamics with final state interaction effects. Such studies are relevant to model cluster formation in nuclear matter.

Les étoiles à neutrons sont parmi les objets les plus extrêmes dans l'univers. Elles sont des étoiles compactes, nées à la suite d'une explosion de supernova gravitationnelle, au point final de l'évolution stellaire. Le champ gravitationnel y est très fort, et la matière à l'intérieur atteint des densités extrêmement élevées. Elles sont donc des "laboratoires" prometteurs, non seulement pour tester le régime de champ fort en relativité générale, mais aussi pour en apprendre davantage sur la physique nucléaire à haute densité, qui actuellement ne peut pas être reproduit avec des expériences terrestres. Ainsi, les étoiles à neutrons nous permettent d'adresser des questions telles que l'existence éventuelle de particules autres que nucléons à haute-densité. À cause de la naissance violente de ces objets, les étoiles à neutrons très jeunes, que l'on appelle proto-étoiles à neutrons, sont également très chaudes, et souvent en rotation différentielle rapide. Dans cette thèse nous avons pour but de développer un modèle stationnaire d'une telle proto-étoile à neutrons.Ainsi, nous présentons une nouvelle méthode pour calculer numériquement les équations d'équilibre d'un fluide parfait relativiste, axisymétrique et stationnaire, en rotation différentielle et à température finie, valable pour une équation d'état réaliste. Nous présentons en détail le code (accessible au public) développé. Nous avons appliqué ce code avec des nouvelles équations d'état réalistes à température finie, basée sur une théorie relativiste du champ moyen, en incluant tous les degrés de liberté hyperoniques. Nous avons calculé des modèles relativistes stationnaires de proto-étoiles à neutrons en rotation différentielle rapide. Nous allons discuter les applications de nos modèles pour explorer plus en détail la physique de ces objets. / Neutron stars are among the most extreme objects in the universe. They are compact stars born as the aftermath of a core-collapse supernova explosion, at the endpoint of stellar evolution, with a strong gravitational field, and extremely high densities. They are therefore promising 'laboratories', not only to test the strong-field regime of general relativity, but also to learn about nuclear physics in the high density regime, which presently is not accessible in earth based experiments. This allows to address questions such as the possible existence of particles other than nucleons at high-densities. As a consequence of the violent birth of these objects, new-born (proto-)neutron stars are extremely hot and, in general, rapidly rotating, which raises interesting problems in the task of developing a stationary model of such objects.In this thesis, we present a new self-consistent method to numerically compute the equilibrium equations of stationary axisymmetric relativistic (differentially) rotating perfect fluids at finite temperature, with a realistic equation of state. We introduce in detail the (publicly available) code in which we implemented the described numerical scheme. We use newly developed realistic equations of state with finite temperature, which are based on density dependent relativistic mean field theory, and in which all hyperonic degrees of freedom are included, to compute realistic stationary relativistic models of rapidly differentially rotating proto-neutron stars. We discuss future applications of our code for further exploring the physics of proto-neutron stars.

Nous proposons une méthode permettant de prédire les hauteurs de coupe lors de la découpe de laiton par jet d'eau abrasif. Les modèles d'enlèvement de matière précédemment développés font abstraction de la taille de l'abrasif et montrent leurs limites dans le cas de découpes réalisées avec des abrasifs fins d'un diamètre moyen proche de 100 microm. Nous avons décidé de rapprocher les caractéristiques des abrasifs des performances de coupe pour développer un modèle plus précis tenant compte de la granulométrie de l'abrasif en sortie de tête de mélange. Pour cela, nous avons conduit une série d'expérimentations visant à mettre en évidence l'évolution des caractéristiques géométriques et granulométriques de deux abrasifs de découpe de type grenat (Barton et GMA) au cours de leur passage dans la tête de mélange. Nous avons utilisé la vidéomicroscopie pour obtenir les caractéristiques géométriques que sont l'allongement et la circularité ; les distributions de taille des échantillons ont été définies par granulométrie laser. Le phénomène de fragmentation de l'abrasif au cours du processus de mélange se traduit par un effilement des particules abrasives qui, selon les cas, leur confère ou leur permet de conserver un plus grand pouvoir érosif. Nous avons introduit ces caractéristiques dans un nouveau modèle d'enlèvement de matière. Celui-ci s'étend à une large gamme de pressions, jusqu'à 380 MPa, et à une large game de granulométries d'abrasif, jusqu'à 470 microm. Il permet de déterminer la hauteur de coupe prévisible en fonction notamment de la fraction X de particules abrasives particpant au mode d'enlèvement de matière d'érosion par déformation. Cette fraction, fonction de l'évolution de la granulométrie des abrasifs au cours du processus de mélange, est définie par un modèle spécifique.

la production de phi et (omega+rho) a été étudiée à travers la mesure des paires de muons dans l'expérience NA38-NA50. L'extraction des résultats utilise la meme technique d'analyse pour les systemes considérés qui couvrent la plus grande partie des possibilités, du système d-C au système Pb-Pb. Une des originalités est que les rapports de production phi/(omega+rho) sont extraits dans des domaines de masse transverse. Cette étude met en évidence un changement de comportement entre les systèmes utilisant des projectiles légers, d-C et d-U, et ceux utilisant des projectiles lourds, S-U et Pb-Pb. On observe de plus pour le phi une augmentation supplémentaire de la production, qui s'inscrit dans l'augmentation générale de l'étrangeté observée dans les collisions d'ions lourds à ces énergies. Ces résultats semblent par ailleurs indiquer que l'utilisation de la masse transverse conduit à une certaine unification des évolutions de la production des différentes régions de masse des dimuons.