L'expérience ALICE est l'une des quatre grandes expériences du LHC (Large Hadron Collider). Elle est dédiée à l'étude d'un nouvel état de la matière : le Plasma de Quarks et de Gluons dans lequel les quarks et les gluons ne sont plus confinés au sein des hadrons. Dans ce document sont décrits les enjeux physiques qui ont motivé la réalisation du spectromètre dimuons d'ALICE. Ensuite est abordée la R&D sur le spectromètre dimuons. Les différents absorbeurs sont présentés ainsi que les tests qui ont permis leur dimensionnement. Le trigger dimuons, composé de RPC fonctionnant en mode streamer, est ensuite décrit. Les différents tests sur faisceau et en cosmique qui ont été menés sur les RPC sont présentés. Enfin, le système de trajectographie est décrit en détail et plus particulièrement toute son électronique ainsi que la première station. Les contraintes apportées par la physique sur les performances attendues de l'ensemble de ces systèmes sont clairement définies.

Une campagne d'expériences a été réalisée à l'automne 2007 au GANIL dans le but d'étudier la structure des noyaux riches en neutrons des chaînes isotopiques de l'oxygène et du néon pour déceler l'évolution des fermetures de couches et des nombres magiques en fonction de l'isospin. La technique de séparation en ligne des isotopes a été employée pour produire par l'ensemble SPIRAL deux faisceaux exotiques d'20O et de 26Ne accélérés à 10 A.MeV. Les spectres des noyaux 21O, 19O, 27Ne et 25Ne produits par les réactions de transfert d'un neutron (d,p) et (d,t) des faisceaux radioactifs sur une cible de CD2 ont été étudiés. Le dispositif expérimental réunissant pour la première fois les détecteurs TIARA, MUST2, VAMOS, EXOGAM et un détecteur de faisceau permettait la détection en coïncidence des noyaux légers de recul, des fragments lourds et des gammas de décroissance. Les spectres en énergie d'excitation ont été reconstruits par la méthode de la masse manquante grâce aux détecteurs TIARA et MUST2. La grande couverture angulaire de ces détecteurs permettait l'étude simultanée des réactions de pickup (d,t) et de stripping (d,p). L'étude de la réaction (d,t) produisant l'19O et le 25Ne a permis de construire les schémas de niveaux de ces noyaux et de préciser les énergies, moments angulaires et facteurs spectroscopiques des états observés. Nous avons ainsi pu établir l'absence de fermeture de couche N=14 dans l'20O. Les résultats obtenus sur l'occupation des couches neutrons du 26Ne tendent à prouver l'existence d'une fermeture de couche N=16 dans ce noyau.

Le phénomène d'oscillation des neutrinos a été découvert en 1998 par l'experience Super-Kamiokande, 11 ans après la première observation de neutrinos provenant d'une supernova (SN1987A). Ainsi, ce domaine s'est developpé grandement depuis une dizaine d'années. Le sujet de cette thèse est l'étude, dans les contextes astrophysique et cosmologique, de propriétes des neutrinos inconnues: la violation de CP et le troisième angle de mélange de la matrice MNSP. Nous avons montré analytiquement, pour la première fois, les conditions dans lesquelles il peut y avoir des effets de la phase CP sur les flux de neutrinos dans l'étoile ainsi que sur la fraction d'électrons, observable clef du processus-r. Les calculs numériques, incluant le couplage à la matiere et l'interaction neutrino-neutrino non-linéaire, ont montré des effets de plusieurs pourcents dans l'étoile et plus petits dans un observatoire. Ensuite, nous avons étudie les conséquences de la valeur du troisième angle, sur le flux d'antineutrinos `a l'aide d'une simulation numérique dans l'´état de l'art, incluant l'interaction neutrino-neutrino ainsi qu'une densité de matière dynamique avec ondes de chocs. Une signature caractéristique de la hierarchie et de l'angle a été trouvée, dans le signal des positrons, émis via le processus betainverse, dans un observatoire sur Terre. Enfin dans le contexte cosmologique, nous avons étudié l'impact de la phase de violation de CP sur le potentiel chimique des neutrinos électroniques peu avant la nucleosynthèse primordiale. En plus d'une démonstration analytique donnant les conditions d'influence de la phase CP, nous montrons ses conséquences sur la fraction d'Hélium primordial.

Les distributions de parton généralisées (GPD) paramétrisent le contenu non perturbatif du nucléon et peuvent être utilisées pour révéler les corrélations entre position et impulsion des partons en son sein. Elles apparaissent dans l'amplitude de processus d'électroproduction durs et exclusifs comme la Diusion Compton Pronfondément Virtuelle (DVCS) sur le nucléon (ep ! ep°). Le formalisme des GPD a été étendu à des états naux plus généraux avec l'introduction des GPD de transition. De telles fonctions permettent, par exemple, de décrire au niveau partonique la transition entre le nucléon et son premier état excité : la résonance ¢+. Le processus ¢VCS est le plus simple faisant intervenir les GPD de transition N-¢ avec la réaction ep ! e¢+°. D'un point de vue expérimental, cette réaction est étudiée en examinant les états naux eN¼° dans la région du ¢+, cette particule se désintégrant en paires nucléon-pion. Le but de cette étude expérimentale était de statuer sur la faisabilité de la mesure de l'asymétrie de spin du faisceau des réactions ep ! eN¼° et si possible de l'extraire. Les analyses sont basées sur une expérience menée en 2005 avec le détecteur CLAS et l'accélérateur CEBAF du Jeerson Lab (USA). Après l'introduction du formalisme, l'expérience et les analyses de données sont décrites. Les résultats d'asymétrie de spin du faisceau sont montrés et discutés.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'étude des noyaux déficients en neutrons situés au delà de la drip-line proton. Afin d'étudier le noyau de 15F, une expérience de diffusion élastique résonante d'un faisceau d'ions radioactifs d'14O sur une cible épaisse composée de protons,c'est à dire la réaction 14O(p,14O)p, a été réalisée au GANIL avec un faisceau post-accéléré SPIRAL. La fonction d'excitation du 15F a été mesurée jusqu'à 5.6MeV d'énergie dans le centre de masse et a révélé la présence de trois résonances, dont l'une correspond à un état étroit de parité négative observé pour la première fois. Cet état a été analysé comme pouvant décroître sur deux voies de décroissance, l'une correspondant à l'émission d'un seul proton et l'autre interprétée comme une émission (pγ) procédant via la queue basse énergie d'un état excité de l'14O. L'interprétation des résultats obtenus en terme de structure du noyau et l'existence d'une décroissance deux proton ou (pγ) est discutée.

L'étude du noyau de l'atome a pour but d'approfondir notre connaissance de l'interaction nucléaire responsable de la cohésion du noyau. Les noyaux stables (Z≈N) furent les premiers étudiés, permettant une modélisation de l'interaction nucléaire. A cette époque, l'un des buts était de reproduire les propriétés singulières des noyaux ”magiques”. Avec le développement des accélérateurs, des noyaux riches ou déficients en neutrons ont été créées en laboratoire, donnant accès à l'évolution de l'interaction nucléaire avec l'isospin. Les études effectuées depuis les années 90 sur les noyaux exotiques ayant un nombre de neutrons N=28 ont montré que le caractère magique ne persistait pas loin de la stabilité. En particulier, le $^{44}*S (Z=16, N=28) est trouvé déformé dans son état fondamental. Du côté théorique, les calculs prédisent une coexistence de formes sphérique-déformé pour le modèle en couches et déformé-déformé pour le champ moyen. La mesure en 2005 d'un deuxième état $0^+$ à faible énergie d'excitation est venue confirmer cette hypothèse sans pouvoir apporter de réponse sur les déformations mises en jeu. L'expérience présentée ici a eu pour but de caractériser cette coexistence de formes à partir des mesures de la probabilité de transition réduite B(E2 ; $0^+_2 $→ $2^+ _1 $) et de la force de transition monopolaire $ρ^2$(E0; $0^+ _2$ → $0^+_1$). De la faible valeur B(E2 ; $0^+_2$ → $2^+_1$) obtenue, une interprétation sur le mélange des états $0^+_1$ et $0^+_2$ a été proposée ainsi qu'une comparaison aux résultats de calculs modèle en couches. La faible valeur $ρ^2*$ mesurée a été comparée aux systématiques puis deux interprétations ont été proposées dans le cadre du modèle en couches et du modèle collectif géométrique.

Les propriétés des fragments produits lors des collisions d'ions lourds autour de l'énergie de Fermi ont été étudiées à travers le degré de liberté d'isospin. La première partie de cette étude est basée sur une approche de gaz sur réseau, où le système est consti- tué de deux types de particules (neutron, proton) subissant une interaction coulombienne et dépendante de l'isospin. Le diagramme des phases de ce système présente trois phases (liquide, fission, gaz). L'énergétique de la phase liquide et gazeuse a pu être décrite par une fonctionnelle de la densité, la dépendance en température intervenant seulement dans la densité. Le terme de symétrie de la fonctionnelle a pu être relié au contenu isotopique du plus gros fragment via une analyse de type Isoscaling. La seconde partie est consacrée aux mesures effectuées avec le multidétecteur INDRA au GANIL et à GSI. Une étude systématique des collisions symétriques les plus centrales a été effectuée afin de mesurer le pouvoir d'arrêt de la matière nucléaire et d'étudier l'équilibration en isospin des particules légères. Deux régimes ont été observé. Un régime à basse énergie (<40MeV/A) où le pouvoir d'arrêt diminue avec l'augmentation de l'énergie du faisceau, tandis qu'à haute énergie le pouvoir d'arrêt est gouverné par la quantité de matière traversée. Une autre étude réali- sée sur l'ensemble des réactions Xe+Sn à 32 et 45 MeV/A, avec différents isospin, a permis d'isoler trois mécanismes de réaction à l'aide d'une analyse en composantes principales. Le contenu isotopique des fragments légers ne dépend pas du mécanisme de réaction, mais une dépendance est observée en fonction de la violence de la collision (paramètre d'impact).

La détermination de la masse nucléaire permet d'accéder à l'énergie de liaison donc au bilan de toutes les forces agissant dans le noyau. L'exploration de la structure nucléaire requiert la mesure des masses loin de la stabilité. Néanmoins la production des ions radioactifs est peu sélective et l'ion d'intérêt est souvent noyé dans un fond de contaminants isobariques. Ces dernières années, l'utilisation des pièges à ions linéaires et du refroidissement par gaz tampon a été fortement développée permettant la mesure de masse des noyaux exotiques avec une grande précision. Cette thèse porte sur le développement innovant d'un piège de Paul circulaire, "le cirque d'ions". Sa géométrie lui permet de confiner les ions sur un grand nombre de tours. Ainsi, ils peuvent être refroidis avec une pression de gaz tampon de l'ordre de 10-4 mbar. Par ailleurs, il est capable de trier en masse les ions piégés et refroidis avec un pouvoir de résolution suffisant pour séparer des isobares. Nous avons réalisé et testé le premier prototype de ce spectromètre à Orsay. Cette thèse étudie également les prédictions des masses par les différents modèles théoriques, en les comparant avec l'approche microscopique HFB-17. Actuellement, la masse des noyaux très exotiques peut seulement être prédite. L'étude de l'énergie de séparation de deux neutrons avec HFB-17 met en évidence des zones d'instabilité numérique. Afin de l'améliorer, nous avons apporté une correction aux énergies de déformation calculées par ce modèle, en utilisant comme référence les masses des chaînes isotopiques 143-146Xe et 223-229Rn que nous avons mesurées avec le spectromètre ISOLTRAP au CERN.

La bimodalité dans les collisions d'ions lourds a été observée, ces dernières années, pour différents systèmes sur une large gamme d'énergies incidentes (de 35 MeV/u à 1 GeV/u). Dans cette thèse, nous réalisons une étude systématique du caractère bimodal de la distribution du plus gros fragment produit (Zmax), pour différents systèmes disponibles dans les données INDRA. Les collisions périphériques (Au+Au de 60 à 150 MeV/u et Xe+Sn de 80 à 100 MeV/u) servent de base de travail afin de tester l'influence des différents tris et sélections sur l'observation de la bimodalité. Deux interprétations possibles sont alors envisagées en s'appuyant sur des modèles : soit cette observation est due à la dynamique de la collision (ELIE), soit elle est reliée à la désexcitation d'une source (SMM) signant ainsi une transition de phase. Les résultats supportent la seconde interprétation. On considère alors Zmax comme paramètre d'ordre, et une procédure de repondération de l'énergie d'excitation (E*) permet d'extraire la chaleur latente de la transition. Pour les collisions centrales (Ni+Ni de 32 MeV/u à 74 MeV/u et Xe+Sn de 25 à 50 MeV/u), les événements conduisant à la formation de mono-source sont isolés par l'intermédiaire d'une méthode statistique (Analyse Factorielle Discriminante). La bimodalité sur Zmax est alors étudiée, en cumulant les différentes données disponibles selon l'énergie incidente et en appliquant la repondération sur la distribution d'énergie d'excitation ainsi obtenue. Le comportement bimodal est beaucoup moins net que celui observé dans les collisions périphériques. Les raisons de cette différence sont discutées.

Ce travail de thèse décrit la mise en place d'un dispositif expérimental basé sur la digitalisation des signaux et dédié à l'étude des neutrons prompts de fission émis en coincidence avec les fragments de fission lors de la fission spontanée du 252Cf. Ce dispositif comprend une chambre à ionisation utilisée pour la détection des fragments de fission ainsi qu'un scintillateur liquide de type NE213 pour la détection des neutrons prompts. Nous montrons comment l'analyse délicate des signaux digitalisés nous a permis de déterminer à la fois les distributions en masse et en énergie cinétique des fragments de fission ainsi que le spectre en énergie et la multiplicité des neutrons de fission