The investigation of isomeric states in neutron-rich nuclei provides useful insights into the underlying nuclear configurations, and understanding their occurrence along an isotopic chain can inform about shell evolution. Recent studies on neutron-rich Si isotopes near the magic number N = 20 and approaching N = 28 have revealed the presence of low-lying states with intruder configurations, resulting from multiple-particle, multiple-hole excitations across closed shell gaps. The characterization of these states involves measuring their half-lives and transition probabilities. In this study, a new low-energy (7/2−1) isomer at 68 keV in 37Si was accessed via beta decay and characterized. To achieve this, radioactive 37Al and 38Al ions were produced through the projectile fragmentation reaction of a 48Ca beam and implanted into a CeBr3 detector, leading to the population of states in 37Si. The 68-keV isomer was directly populated in the beta-delayed one neutron emission decay of implanted 38Al ions. Ancillary detector arrays comprising HPGe and LaBr3(Ce) detectors were employed for the detection of beta-delayed gamma rays. The choice of detectors was driven by their excellent energy and timing resolutions, respectively. The beta-gamma timing method was utilized to measure the half-life of the new isomeric state in 37Si. This dissertation also discusses other timing techniques employed to search for and characterize isomeric states following beta decay of implanted ions. Notably, the half-life of the newly observed (7/2−1) isomeric state in 37Si was measured to be 9.1(7) ns. The half-life of the previously observed closely-lying (3/2−1) state at 156 keV was determined to be 3.20(4) ns, consistent with previously reported values. Reduced ground-state transition probabilities associated with the gamma-ray decay from these excited states were in agreement with results obtained from shell model calculations. In addition to the investigation of isomeric states in 37Si, isomeric 0+ states in 34Si and 32Mg nuclei belonging to the N = 20 “island of inversion” were characterized and searched for, respectively. The isomeric 0+ state in 34Si was populated following the beta decay of implanted 34Mg ions and its 34Al daughter nucleus. Similarly, the 0+ state in 32Mg was searched for via the beta-delayed one neutron emission decay of implanted 33Na ions.

A l'aide de deux réactions de transfert (d,3He), la première avec MUST2 au GANIL et la deuxième avec le split-pole à Orsay, nous avons déterminé la position des états trous de protons dans les noyaux riches en neutrons : le 71Cu (N=42) et le 69Cu (N=40).A partir de la désintégration beta et de la spectroscopie laser, on sait que l'état excité f5/2 chute brutalement en énergie pour N>40 et devient même l'état fondamental dans le 75Cu. Cette chute en énergie a été expliqué par des travaux théoriques notamment à cause de la force tenseur entre les protons et les neutrons. La prédiction sur le partenaire spin-orbite f7/2 est qu'il devrait sentir également un effet à cause de cette force. Expérimentalement, les états trous de proton f7/2 ne sont pas connus pour N>40. Dans le 71Cu, deux états 7/2- sont connus autour de 1 MeV d'énergie d'excitation et sont des possibles candidats pour correspondre à cet état trou de proton. L'expérience au GANIL a eu lieu en mars 2011. Un faisceau secondaire de 72Zn à 38 AMeV a été produit par fragmentation et purifié à travers le spectromètre LISE. La réaction de transfert en cinématique inverse a été étudié à l'aide des télescopes MUST2 plus quatre détecteurs de silicium de 20 micromètres dans le but d'identifier les 3He de basse énergie. Le spectre en énergie d'excitation du 71Cu a été reconstruit grâce à la méthode de la masse manquante, les distributions angulaires ont été extraite et comparé avec un modèle de réaction utilisant les codes DWUCK4 et DWUCK5. A partir de ce travail au GANIL, aucun état n'a été peuplé autour de 1 MeV concluant que le centroid de la force réside à plus haute énergie d'excitation.Nous avalons également mesuré une nouvelle fois la les états trous de proton dans le 69Cu avec la même réaction de transfert mais cette fois en cinématique directe à Orsay dans le but d'étendre les données actuelles sur ce noyau où 60% de la force f7/2 est manquante et dans le but également d'avoir une analyse consistante des facteurs spectroscopiques entre les deux noyaux. Cette analyse consistante nous permet de pouvoir comparer l'évolution du centroid de la force entre les deux isotopes quand l'orbite neutron g9/2 commence à se remplir. Dans cette seconde expérience, nous avons utilisé un faisceau de deuton à 27 MeV produit par le tandem et une cible de 70Zn. Nous avons pu extraire trois nouvelles distributions angulaires et mesurer une nouvelle partie de la force f7/2.Enfin, pour pouvoir interpréter nos résultat, des calculs modèle en couche ont été effectué par le groupe de Strasbourg avec le code Antoine. L'espace de valence utilisé consiste en un coeur 48Ca avec les orbitales protons f7/2, p3/2, f5/2, p1/2 et les orbitales neutron p3/2, f5/2, p1/2, g9/2, d5/2. Les calculs inclus jusqu'à 8p-8h et montrent que la force se situe en effet à haute énergie d'excitation et qu'aucun état de trou de proton n'est calculé autour de 1 MeV. / In two (d,3He) transfer reactions with MUST2 at GANIL and the split-pole at Orsay, we have determined the position of the proton-hole states in the neutron-rich 71Cu (N=42) and 69Cu (N=40) isotopes. We have found that in 71Cu the hole strength of the f7/2 orbital lies at higher excitation energies than expected. From beta-decay and laser spectroscopy, the f5/2 first excited particle state in these isotopes was known to come down rapidly in energy when passing N=40 and even become the ground state in 75Cu. This sudden energy shift has been explained in a number of theoretical works. The prediction for the f7/2 spin-orbit partner was that it would change in energy too through a related effect. Experimentally, the f7/2 proton-hole state is not known for N>40. In 71Cu two 7/2- states around 1 MeV are candidates to be a proton-hole.The experiment at GANIL took place in March 2011. A secondary beam of 72Zn at 38 AMeV was produced by fragmentation and purified through the LISE spectrometer. The transfer reaction in inverse kinematics was studied with the MUST2 detectors plus four 20 micrometer silicon detector to identified the 3He of low kinetic energy. The excitation spectrum of 71Cu was reconstruct thanks to the missing mass method and the angular distributions were extracted and compared with a reaction model using the DWUCK4 and DWUCK5 code. From this work no states have been populated around 1 MeV concluding that the centroid of the f7/2 lies at higher excitation energy. We then remeasured the single-particle strength in 69Cu in the corresponding (d,3He) reaction at Orsay in March 2013 in order to extend the existing data where 60% of the f7/2 strength is missing and make sure that there is a consistent analysis of spectroscopic factors between both isotopes in order to well understood and well quantify the evolution of the f7/2 orbital when we start filling the g9/2 orbital. In this second experiment we have performed the reaction in direct kinematics using a deuteron beam at 27 MeV provided by the tandem and a target of 70Zn. In this work we were able to extract three new angular distributions and we have measured a new part of the f7/2 strength.Finally in order to interpret the results we have obtained from those two experiments, state-of-the-art shell-model calculations have been carried out in collaboration with the Strasbourg group using the Antoine code. The valence space consists in a core of 48Ca with the valence orbitals for protons f7/2, p3/2, f5/2, p1/2 and the orbitals p3/2, f5/2, p1/2, g9/2, d5/2 for neutrons. The calculations have been done allowing 8p-8h and show that the strength is indeed at high energy and no f7/2 proton-hole state lies around 1 MeV in 71Cu.

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.