Depuis leur découverte au milieu des années quatre-vingt, les noyaux à halo n'ont cessé d'intriguer et de fasciner. Cette découverte a été rendue possible par le développement de faisceaux d'ions radioactifs au cours des années septante. Cette performance a ouvert le champ de l'exploration des propriétés des noyaux atomiques aux frontières de la stabilité.<p><p>Les noyaux à halo présentent une taille beaucoup plus grande que prévue par l'hypothèse communément adoptée du noyau sphérique et seraient constitués d'un coeur, qui a les propriétés d'un noyau normal, auquel un ou deux neutrons qui forment le halo seraient faiblement liés. Cette propriété bouleverse complètement l'image traditionnelle du noyau atomique, celle d'un mélange quasiment homogène de protons et de neutrons.<p><p>Les noyaux à halo ont tendance à facilement se dissocier lorsqu'ils entrent en collision avec un noyau cible. Leurs réactions de dissociation constituent donc un formidable outil expérimental pour étudier leurs propriétés. Cependant l'analyse de telles réactions nécessite une description précise du processus de collision. A cette fin, nous avons développé un nouveau modèle de réaction: l'approximation eikonale dynamique. Il s'agit d'une méthode purement quantique qui combine les avantages des approximations eikonale traditionnelle et semi-classique. Elle prend en compte aussi bien les effets dynamiques du mouvement interne du projectile que les interférences quantiques entre les trajectoires. Elle conduit à la résolution d'une équation de Schrödinger approchée similaire à celle de l'approximation semi-classique avec trajectoires rectilignes.<p><p>Nous appliquons l'approximation eikonale dynamique à l'étude de réactions impliquant trois noyaux à halo différents :le $^{11}$Be, le $^{19}$C et le $^{8}$B. Pour les trois systèmes étudiés, nous confrontons nos résultats théoriques avec les données expérimentales disponibles. Nous constatons un très bon accord tant sur l'allure que sur l'ordre de grandeur des différentes sections efficaces. Ceci est valable aussi bien pour les collisions sur cible lourde que sur cible légère. Les motifs d'interférence présents dans les distributions angulaires sont également bien reproduits par notre modèle, y compris pour la diffusion élastique.<p><p>Nous analysons la section efficace de dissociation expérimentale du $^{19}$C dans le but de déterminer la présence d'une résonance dans le spectre continu de ce noyau. Nous constatons que plusieurs options restent plausibles et que d'autres mesures sont nécessaires (sur cible légère, par exemple) pour confirmer nos hypothèses.<p><p>La dissociation coulombienne du $^{8}$B fait l'objet de nombreuses études expérimentales dans le but d'obtenir des informations sur la réaction inverse qu'est la capture radiative $^{7}$Be(p,$gamma$)$^{8}$B. En analysant cinq expériences pour lesquelles différentes observables ont été mesurées, nous examinons la validité des hypothèses qui permettent de faire un lien direct entre dissociation et capture radiative. Nous observons que l'extraction d'informations sur la capture radiative à partir de données de dissociation semble plus compliqué qu'initiallement prévu. Cependant les différentes mesures permettent de valider un modèle de structure du $^{8}$B qui peut servir au calcul de la section efficace de capture radiative.<p><p>L'approximation eikonale dynamique constitue donc un outil performant qui permet d'analyser toutes les observables liées à la dissociation élastique d'un noyau à halo sur une cible lourde ou légère à des énergies incidentes de quelques dizaines de MeV par nucléon. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Halo nuclei are among the strangest nuclear structures.<p>They are viewed as a core containing most of the nucleons<p>surrounded by one or two loosely bound nucleons. <p>These have a high probability of presence at a large distance<p>from the core.<p>Therefore, they constitute a sort of halo surrounding the other nucleons.<p>The core, remaining almost unperturbed by the presence<p>of the halo is seen as a usual nucleus.<p><p><P><p><p>The Coulomb breakup reaction is one of the most useful<p>tools to study these nuclei. It corresponds to the<p>dissociation of the halo from the core during a collision<p>with a heavy (high <I>Z</I>) target.<p>In order to correctly extract information about the structure of<p>these nuclei from experimental cross sections, an accurate<p>theoretical description of this mechanism is necessary.<p><p><P><p><p>In this work, we present a theoretical method<p>for studying the Coulomb breakup of one-nucleon halo nuclei.<p>This method is based on a semiclassical approximation<p>in which the projectile is assumed to follow a classical trajectory.<p>In this approximation, the projectile is seen as evolving<p>in a time-varying potential simulating its interaction with the target.<p>This leads to the resolution of a time-dependent Schrödinger<p>equation for the projectile wave function.<p><p><P><p><p>In our method, the halo nucleus is described<p>with a two-body structure: a pointlike nucleon linked to a<p>pointlike core.<p>In the present state of our model, the interaction between<p>the two clusters is modelled by a local potential.<p><p><P><p><p>The main idea of our method is to expand the projectile wave function<p>on a three-dimensional spherical mesh.<p>With this mesh, the representation of the time-dependent potential<p>is fully diagonal.<p>Furthermore, it leads to a simple<p>representation of the Hamiltonian modelling the halo nucleus.<p>This expansion is used to derive an accurate evolution algorithm.<p><p><P><p><p>With this method, we study the Coulomb breakup<p>of three nuclei: ¹¹Be, ¹⁵C and ⁸B.<p>¹¹Be is the best known one-neutron halo nucleus.<p>Its Coulomb breakup has been extensively studied both experimentally<p>and theoretically.<p>Nevertheless, some uncertainty remains about its structure.<p>The good agreement between our calculations and recent<p>experimental data suggests that it can be seen as a<p><I>s1/2</I> neutron loosely bound to a ¹⁰Be core in its<p>0⁺ ground state.<p>However, the extraction of the corresponding spectroscopic factor<p>have to wait for the publication of these data.<p><p><P><p><p>¹⁵C is a candidate one-neutron halo nucleus<p>whose Coulomb breakup has just been studied experimentally.<p>The results of our model are in good agreement with<p>the preliminary experimental data. It seems therefore that<p>¹⁵C can be seen as a ¹⁴C core in its 0⁺<p>ground state surrounded by a <I>s1/2</I> neutron.<p>Our analysis suggests that the spectroscopic factor<p>corresponding to this configuration should be slightly lower<p>than unity.<p><p><P><p><p>We have also used our method to study the Coulomb breakup<p>of the candidate one-proton halo nucleus ⁸B.<p>Unfortunately, no quantitative agreement could be obtained<p>between our results and the experimental data.<p>This is mainly due to an inaccuracy in the treatment<p>of the results of our calculations.<p>Accordingly, no conclusion can be drawn about the pertinence<p>of the two-body model of ⁸B before an accurate reanalysis of these<p>results.<p><p><P><p><p>In the future, we plan to improve our method in two ways.<p>The first concerns the modelling of the halo nuclei.<p>It would be indeed of particular interest to test<p>other models of halo nuclei than the simple two-body structure<p>used up to now.<p>The second is the extension of this semiclassical model to<p>two-neutron halo nuclei.<p>However, this cannot be achieved<p>without improving significantly the time-evolution algorithm so as to<p>reach affordable computational times. / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’étude précise des transitions ß de Fermi super-permises 0+ ? 0+ offre un outil précieux pour explorer les propriétés de l’interaction faible dans le cadre du Modèle Standard (SM). Collectivement, les forces (ft) mesurées pour ces transitions permettent de vérifier l’hypothèse CVC et contribuent au test le plus rigoureux de l’unitarité de la première ligne de la matrice de mélange des quarks CKM en fournissant l’évaluation la plus précise de l’élément dominant (Vud). Jusqu’à récemment, un apparent défaut d’unitarité a semé le doute sur la validité du SM minimal et a mobilisé un effort considérable afin d’élargir le champ d’étude à d’autres émetteurs de Fermi. Le 62Ga et 38Ca sont parmi des noyaux clés pour mener ces tests de précision au travers de la vérification de la fiabilité des corrections imposées aux valeurs ft expérimentales. La décroissance ß de 62Ga a été étudiée auprès du séparateur IGISOL à Jyväskylä, avec un dispositif composé de 3 Clovers EUROBALL pour la détection du rayonnement ?. La mise en évidence de raies ? de très faible intensité (<1‰), au travers de corrélations ß-? et ß-?-?, a permis de reconstruire partiellement le schéma de niveaux excités dans le 62Zn. Le rapport d’embranchement analogue déduit (B.R.A = 99.893(24) %) est utilisé pour extraire la valeur Ft(62Ga) universelle. Celle-ci s’avère en bon accord avec les 12 valeurs précises connues de la littérature. La compatibilité constatée entre la limite supérieure dressée ici sur le terme (d1IM) et la prédiction théorique confirme l’importance des corrections de brisure de symétrie d'isospin dans les émetteurs ß (A = 62). L’étude de la décroissance de 38Ca a été réalisée auprès de l’installation ISOLDE du CERN. L’utilisation de la fluoration des fragments de réaction, pour isoler chimiquement les isotopes d’intérêt, alliée au piégeage d’ions assisté par REXTRAP et l’analyse TOF, ont permis de s’affranchir totalement du contaminant contraignant 38mK. Pour la première fois, la durée de vie de 38Ca est mesurée avec un échantillon de haute pureté. Le résultat préliminaire établi T1/2(38Ca) = 445.8(10) ms améliore la précision par rapport à l’ancienne valeur d’un facteur proche de 10. / Precise measurements of Fermi superallowed 0+? 0+ ß decays provide a powerful tool to study the weak interaction properties in the framework of the Standard Model (SM). Collectively, the comparative half-lives (ƒt) of these transitions allow a sensitive probe of the CVC hypothesis and contribute to the most demanding test of the unitarity of the quarks-mixing CKM matrix top-row, by providing, so far, the most accurate determination of its dominant element (Vud). Until recently, an apparent departure from unity enhanced a doubt on the validity of the minimal SM and thus stimulated a considerable effort in order to extend the study to other Fermi emitters available. The 62Ga and 38Ca are among key nuclei to achieve these precision tests and verify the reliability of the corrections applied to the experimental ƒt-values. The 62Ga ß-decay was investigated at the IGISOL separator in Jyväskylä, with an experimental setup composed of 3 EUROBALL Clovers for ?-ray detection. Very weak intensity (<1‰) ?-rays were identified, via ß-? and ß-?-? correlations, and allowed a partial decay scheme reconstruction in 62Zn. The newly established analog branching-ratio (B.R.A = 99.893(24) %) was used to compute the universal Ft-value (62Ga). The latter turned out to be in good agreement with the 12 well-known cases. Compatibility between the upper limit set here on the term (d1IM) and the theoretical prediction suggests that the isospin-symmetry-breaking correction is indeed large for the heavy (A = 62) ß-emitters. The study of the 38a decay was performed at the CERN- ISOLDE facility. Injection of fluorine into the ion source, in order to chemically select the isotopes of interest, assisted by the REXTRAP Penning trap facility and a TOF analysis, enabled us to eliminate efficiently the troublesome 38mK. For the first time, the 38Ca half-life is measured with a highly purified radioactive sample. The preliminary result obtained, T1/2(38Ca) = 445.8(10) ms, improves the precision on the half-life as determined from previous measurements by a factor close to 10.

La théorie covariance de la fonctionnelle de la densité (CDF), basée sur un petit nombre de paramètres ajustables, a été utilisée avec succès pour décrire l’état fondamental et les états excités des noyaux de la carte nucléaire, pour A>12. Cette approche permet de décrire les systèmes nucléaires finis avec un Lagrangien hadronique universel résolu dans le cadre de l'approche Relativiste-Hartree-Fock-Bologuibov (RHFB). Ce modèle est également utilisé pour l'étude des étoiles compactes, car il peut être étendu à des densités élevées où la relativité restreinte ne peut pas être ignoré. Ce modèle peut également être étendu pour inclure la contribution des hypérons et ainsi que d'autres particules exotiques. Dans ce travail, la description et des prédictions basées sur l'approche RHFB pour les noyaux dans des conditions extrêmes de la masse, d'isospin et de température sont présentés.Dans la première partie de cette thèse, nous explorons l'apparition de nouvelles fermetures de couches sphériques pour des noyaux super-lourds, où les fermetures de couches sont caractérisées en termes de gap à deux nucléons. Les résultats dépendent légèrement des Lagrangians effectifs utilisés, mais les nombres magiques au-delà de ^{208} Pb sont prédit pour un nombre de protons Z=120 et 138, et pour un nombre de neutrons N=172, 184, 228, et 258. Les effets de couche sont sensibles à différents termes de champ de moyen, tels que le couplage spin-orbite, la masse scalaire et la masses effective, ainsi que l'interaction de tensorielle de Lorentz. Ces termes ont des poids différents dans les Lagrangians effectifs employées, expliquant les variations, somme toute petites, dans leurs prédictions. Employant le modèle RHFB le plus avancé, nous avons trouvé que le nucléide ^{304} 120 est favorisée comme étant le prochain noyau sphérique doublement magique au-delà de ^{208} Pb.Dans la deuxième partie de cette thèse, nous étudions l'apparition de nouveaux nombres magiques pour les noyaux de masse intermédiaire riches en neutrons, et nous analysons le rôle des interactions pseudo-vecteur et de tensorielle de Lorentz. Basé sur la transformation de Foldy-Wouthuysen, nous discutons en détail le rôle joué par les différents termes des interactions pseudo-vecteur et de tensorielle de Lorentz. Dans l'apparition des nouveaux nombres magiques N=16 , 32 et 34. Les noyaux ^{24} O ^{48} Si et ^{52,54} Ca sont prédits avec un grand gap au niveau de Fermi et un gap d'appariement zéro (^{24} O,^{54}Ca ) ou quasi-nul (^{48} Si,^{54} Ca), les rendant candidats pour de nouveaux nombres magiques des noyaux riches en neutrons. Nous constatons que les interactions de Lorentz pseudo-vecteur et tensorielle induisent des évolutions très spécifiques des énergies à une particule, ce qui pourrait signer la présence et la nécessité d'approches relativistes avec des interactions d'échanges de mésons.Dans la dernière partie de cette thèse, nous étudions les transitions de phase et excitations thermiques des deux noyaux stables et faiblement liés. Les prédictions de divers Lagrangiens relativistes et des différentes interactions d'appariement sont discutées. La température critique de la transition d'appariement dépend linéairement du gap d'appariement à température nulle, et cette dépendance est similaire pour une interaction de portée nulle ou bien finie. Les calculs présentés montrent des caractéristiques intéressantes des corrélations d'appariement à température finie, comme la persistance d'appariement et les phénomènes de re-entrance superfluide. En outre, nous analysons la réponse thermique de certains noyaux.En conclusion, le travail présenté dans cette thèse montre des résultats très intéressants et nouveaux pour trois des questions les plus importantes en physique nucléaire: la quête d'un nouvel îlot de stabilité dans la région des super-lourds, l'apparition de nouveaux nombres magiques dans les noyaux exotiques, et la réponse d'un système finis aux excitations thermiques. / The covariant density functional (CDF) theory with a few number of parameters has been successfully employed to describe ground-state and excited-states of nuclei over the entire nuclear landscape for A > 12. It describes finite nuclear systems with a universal hadronic Lagrangian, which is solved considering the relativistic-Hartree-Fock-Bologuibov approach (RHFB). This model is also employed for the study of compact stars, since it can be extended to high densities where special relativity cannot be ignore. This model can also be extended to include the contribution of hyperons and as well as other exotic particles. In this work, the description and some predictions based on RHFB approach for nuclei under extreme conditions of mass, isospin and temperature are presented.In the first part, we explore the occurrence of spherical shell closures for superheavy nuclei, where shell closures are characterized in terms of two-nucleon gaps. The results depend slightly on the effective Lagrangians used, but the magic numbers beyond ^{208}Pb are generally predicted to be Z = 120 and 138 for protons, and N = 172, 184, 228, and 258 for neutrons. Shell effects are sensitive to various terms of the mean-field, such as the spin-orbit coupling, the scalar and the effective masses, as well as the Lorentz-tensor interaction. These terms have different weights in the effective Lagrangians employed, explaining the (relatively small) variations in the predictions. Employing the most advanced RHFB model, we founded that the nuclide ^{304}120 is favored as being the next spherical doubly-magic nucleus beyond ^{208}Pb.In the second part, we investigate the formation of new shell gaps in intermediate mass neutron-rich nuclei, and analyze the role of the Lorentz pseudo-vector and tensor interactions. Based on the Foldy-Wouthuysen transformation, we discuss in detail the role played by the different terms of the Lorentz pseudo-vector and tensor interactions in the appearance of the N=16, 32 and 34 shell gaps. The nuclei ^{24}O, ^{48}Si and ^{52,54}Ca are predicted with a large shell gap and zero (^{24}O, ^{52}Ca) or almost zero (^{48}Si, ^{54}Ca) pairing gap, making them candidates for new magic numbers in neutron rich nuclei. We find that the Lorentz pseudo-vector and tensor interactions induce very specific evolutions of single-particle energies, which could clearly sign their presence and reveal the need for relativistic approaches with exchange interactions.In the last part, we study the phase transitions and thermal excitations of both stable and weakly-bound nuclei. The predictions of various relativistic Lagrangians and different pairing interactions are discussed. The critical temperature of the pairing transition is found to depend linearly on the zero-temperature pairing gap, and this dependence is similar for a zero-range or a finite-range pairing interaction. The present calculations show interesting features of the pairing correlations at finite temperature, such as the pairing persistence and pairing re-entrance phenomena. Also, we analyze the thermal response of some nuclei.In conclusion, the work presented in this thesis shown interesting and new results for three of the most important questions in nuclear physics: the quest for a new island of stability in the superheavy region, the appearance of new magic numbers in exotic nuclei, and the response of finite-systems to thermal excitations.

L'étude précise des transitions β de Fermi super-permises 0+ → 0+ offre un outil précieux pour explorer les propriétés de l'interaction faible dans le cadre du Modèle Standard (SM). Collectivement, les forces (ft) mesurées pour ces transitions permettent de vérifier l'hypothèse CVC et contribuent au test le plus rigoureux de l'unitarité de la première ligne de la matrice de mélange des quarks CKM en fournissant l'évaluation la plus précise de l'élément dominant (Vud). Jusqu'à récemment, un apparent défaut d'unitarité a semé le doute sur la validité du SM minimal et a mobilisé un effort considérable afin d'élargir le champ d'étude à d'autres émetteurs de Fermi. Le 62Ga et 38Ca sont parmi des noyaux clés pour mener ces tests de précision au travers de la vérification de la fiabilité des corrections imposées aux valeurs ft expérimentales. La décroissance β de 62Ga a été étudiée auprès du séparateur IGISOL à Jyväskylä, avec un dispositif composé de 3 Clovers EUROBALL pour la détection du rayonnement γ. La mise en évidence de raies γ de très faible intensité (<1‰), au travers de corrélations β-γ et β-γ-γ, a permis de reconstruire partiellement le schéma de niveaux excités dans le 62Zn. Le rapport d'embranchement analogue déduit (B.R.A = 99.893(24) %) est utilisé pour extraire la valeur Ft(62Ga) universelle. Celle-ci s'avère en bon accord avec les 12 valeurs précises connues de la littérature. La compatibilité constatée entre la limite supérieure dressée ici sur le terme (δ1IM) et la prédiction théorique confirme l'importance des corrections de brisure de symétrie d'isospin dans les émetteurs β (A ≥ 62). L'étude de la décroissance de 38Ca a été réalisée auprès de l'installation ISOLDE du CERN. L'utilisation de la fluoration des fragments de réaction, pour isoler chimiquement les isotopes d'intérêt, alliée au piégeage d'ions assisté par REXTRAP et l'analyse TOF, ont permis de s'affranchir totalement du contaminant contraignant 38mK. Pour la première fois, la durée de vie de 38Ca est mesurée avec un échantillon de haute pureté. Le résultat préliminaire établi T1/2(38Ca) = 445.8(10) ms améliore la précision par rapport à l'ancienne valeur d'un facteur proche de 10.