L'évolution de la structure nucléaire loin de la stabilité est un sujet d'actualité de la physique nucléaire expérimentale et théorique.<br> Dans cette étude nous nous sommes intéressés à la structure des noyaux riches en neutrons autour de N=40. L'évolution en énergie de l'orbitale νg9/2 avec le nombre de neutrons est un des points clés pour définir la structure à basse énergie de ces noyaux.<br> Comme outils d'investigation, nous avons utilisé la mesure des moments magnétiques dipolaires et la décroissance β. Pour la mesure du facteur gyromagnétique de l'état 9/2+ du 61mFe nous avons appliqué la méthode TDPAD. Cette méthode (comme la majorité des méthodes de mesure de moments nucléaires statiques) nécessite que le spin du noyau mesuré soit orienté. L'orientation du 61mFe a été obtenue lors de la réaction de fragmentation du 64Ni à 55 MeV/u et par sélection en moment des fragments avec le spectromètre LISE au GANIL. Le dispositif expérimental utilisé nous a permis de garder cette orientation jusqu'au point d'implantation. La valeur mesurée du facteur g a été comparée avec les prédictions des calculs de modèle en couches à grande échelle et Hartree-Fock-Bogoliubov.<br> Pour l'étude de la décroissance β nous avons produit les noyaux riches en neutrons autour de N=40 par la fragmentation du 86Kr à 58 MeV/u. La sélection des produits de réaction a été faite en utilisant pour la première fois le spectromètre LISE2000. Les rayonnements γ ont été détectés avec quatre détecteurs segmentés EXOGAM. Nous avons ainsi déterminé pour la première fois les valeurs de 5 périodes radioactives et amélioré la précision sur 4 autres valeurs. Le peuplement des états excités dans les noyaux fils nous a permis d'identifier de nouvelles transitions et de déterminer pour la première fois la position en énergie du premier état 2+ de 68Fe et de 72Ni. Les résultats expérimentaux ont été comparés avec des prédictions de modèle en couches. D'autres transitions ont été observées pour la première fois dans la décroissance βγ du 60Ti, 70Fe, 71,73Co.

NIL

Ce travail de thèse concerne l'étude de la structure de noyaux riches en protons en mettant à profit la désintégration béta. La technique du guide d'ions adaptée aux réactions de fusion-évaporation induites par faisceaux d'ions lourds (HIGISOL) est un moyen très approprié à la séparation en ligne d'isotopes à vie brêve dans le cas d'éléments très réfractaires. Dans la première partie de ce mémoire, les expériences réalisées grâce au cyclotron K=130 de l'Université de Jyväskylä, et dédiées à la désintégration béta du 125Ce, ont permis d'obtenir des données originales sur le schéma de niveaux du 125La, et en particulier, de découvrir un nouvel isomère de 390 ms. La comparaison avec différents modèles théoriques est également présentée pour les noyaux de transition de la région. Dans une seconde partie, nous avons étudié l'émission différée béta de 1 et 2 protons du 27S, produit au GANIL, par fragmentation d'un faisceau de 36Ar à 95MeV/u sur une cible de carbone, et séparé à l'aide du spectromètre LISE.

L'étude de la forme du noyau atomique est un sujet fondamental puisqu'elle constitue un excellent laboratoire pour tester et valider les différents modèles nucléaires. La mesure du moment quadrupolaire électrique et du rayon de charge nucléaire (signant tous deux la forme du noyau) et du moment dipolaire magnétique, apporte des renseignements précieux pour déterminer la structure nucléaire. En particulier, les valeurs des moments magnétiques sont importantes à caractériser car elles sont fortement liées au degré de pureté des fonctions d'onde décrivant une configuration nucléaire donnée. La spectroscopie atomique, et plus particulièrement la spectroscopie laser, est un moyen précis et inhabituel pour caractériser des observables liées à la forme du noyau : on extrait la variation du rayon de charge entre deux noyaux à partir du déplacement isotopique et le moment quadrupolaire à l'aide de la structure hyperfine ; on observe le noyau à partir du cortège électronique. Depuis plus de 10 ans, nous avons fondé un groupe de spectroscopie laser à l'IPN d'Orsay en collaboration avec le Laboratoire Aimé Cotton d'Orsay, l'université McGill à Montréal et l'Institut de Physique de Mayence. Nous avons ainsi construit un système expérimental baptisé PILIS à Orsay puis COMPLIS au CERN pour étudier la forme des noyaux loin de la vallée de stabilité. Grâce aux résultats obtenus avec cet ensemble expérimental, 7 thèses (une canadienne, trois allemandes et deux françaises) ont été soutenues sur les noyaux d'or, de platine et d'iridium. Un développement du système et une nouvelle de mesure sur les noyaux d'étain riches en neutrons viennent de débuter et doivent faire l'objet d'une nouvelle thèse.

Ce travail de thèse porte sur l'étude de la matière nucléaire soumise à des conditions de rotation. Grâce aux multidétecteurs $\gamma$ tels que EUROGAM puis EUROBALL, nous avons étudié deux régions de noyaux à haut spin en détectant leurs transitions $\gamma$ de désexcitation. L'influence de la force de Coriolis au niveau microscopique est mise en évidence. Les isotopes de cadmium $^{113-116}$Cd ont été peuplés par réaction de fission induite par ions lourds ($^{28}$Si+$^{176}$Yb à 145 MeV). Des bandes découplées ont été identifiées dans les noyaux impairs atteints pour la première fois à haut spin. Considérées comme l'archétype des noyaux vibrateurs lorsqu'ils étaient étudiés par radioactivités, ils présentent à haut spin une faible déformation axiale allongée, confirmée par nos calculs microscopiques de type champ moyen réalisées sur les noyaux pairs-pairs. Le noyau superdéformé impair de plomb $^{197}$Pb a ensuite été atteint par réaction de fusion-évaporation ($^{18}O+^{186}$W à 117 MeV). Nous avons identifié les transitions inter-bandes reliant ses deux bandes superdéformées partenaires en signature. La mesure expérimentale du rapport d'embranchement B(M1)/B(E2) permet d'extraire les propriétés magnétiques de la matière superdéformée, confirmant l'absence de réduction du facteur gyromagnétique de spin neutron $g_{sn}$. La force de Coriolis qui découple le neutron célibataire dans les isotopes de cadmium est moins influente dans les noyaux superdéformés de plomb. Une esquisse de synthèse sur l'action de cette force de Coriolis a été présentée dans le cadre de cette étude.

L'étude des états isomères est un outil important utilisé afin de recueillir des informations sur la structure des noyaux proches comme éloignés de la vallée de stabilité. Cette étude peut aussi être menée afin de comprendre le rôle des différents mécanismes de réaction dans le peuplement des états excités. Le dispositif expérimental associé au spectromètre LISE du GANIL nous a permis de mener à bien ce travail. Dans la première partie de ce travail, une expérience dont le but est l'observation et l'étude des isomères situés dans la région des noyaux riches en neutrons proches du 78Ni produits par fragmentation d'un faisceau de 86Kr est présentée. Dix états isomères de court temps de vie ont été mis en évidence et étudiés pour la première fois. Dans un deuxième temps, nous avons mené une étude sur le rôle du mécanisme de réaction sur le peuplement des niveaux excités pour différents spins et différentes énergies des noyaux produits par fragmentation d'un faisceau de 92Mo à 60 MeV/u. Lors de cette nouvelle expérience, les taux de production F d'isomères et les distributions en moment des fragments produits ont été mesurés. Une forte dépendance de F en fonction de la structure de l'isomère et du mécanisme de réaction a été observée pour la première fois aux énergies intermédiaires.

La structure du noyau N = Z doublement magique 56Ni (N = 28, Z = 28) a été étudiée en mesurant les réactions de transfert á un et deux nucléons. Le transfert nous donne des informations sur deux aspects physiques différents: la fermeture de couche N=28 et l’intensité de l’appariement neutron-proton. Le nombre magique N=28 est particulier, car c’est le premier créé par le spin-orbit. La double magicité permet la détermination de la nature de particule indépendante des voisins N±1 par réaction de transfert d’un nucléon. De plus, en tant que noyau N=Z a couches fermeés, le 56Ni est un noyau clé pour l’étude de l’apparement np dans la plus grande couche accessible expérimentalement. L’apparement np se manifeste dans le canal isoscalaire (T=0) et isovecteur (T=1). L’intensité relative de chaque canal révèle la nature collective des états. L’expérience de ce travail a eu lieu au GANIL-Caen, en France, avec un faisceau radioactif de 56Ni á 30MeV / u produit par frag- mentation de 58Ni et purification avec le spectromètreLISE. Les mesures ont été effectuées en cinématique inverse sur des cibles CH2 et CD2. Les détecteurs MUST2 et TIARA ont été utilisés pour la détection de éjectiles légers et couvraient presque 4π. En outre, quatre détecteurs germanium d’EXOGAM ont été utilisés pour les coïncidences de particules-gamma afin d’identifier l’état peuplé du résidu de réaction. Pour étudier le gap de N=28, nous étudions la spectroscopie du 55Ni par les réactions de transfert de nucléons (d, t) et (p, d) sur le 56Ni. Le spectre en énergie d’excitation est déduit de la mesure des éjectiles légers seulement. Ensuite,les coincidences particule-gamma sont utilisées pour améliorer la résolution et identifier les principaux états peuplés. La comparaison des distributions angulaires ainsi obtenues avec des calculs DWBA permet d’extraire les facteurs spectroscopiques pour les états de particules et de trous ainsi peuplés. En ce qui concerne l’appariement np, nous avons analysé la réaction 56Ni(d,α)54Co qui réalise un transfert de paires neutron-proton. Un affaiblissement du canal T=0 á cause de l’effet du spin-orbite est attendu. La sélectivité en ∆T=0 de la réaction (d, α) permet d’étudier plus en détail le canal isoscalaire T = 0. / The structure of the unstable doubly ma- gic nucleus 56Ni has been investigated by measuring one- and two-nucleon transfer reactions. Each trans- fer reaction provides information for two different physical aspects: the robustness of the N=28 shell gap and the strength of the neutron-proton pairing. 56Ni is a self-conjugate doubly magic nucleus with N=28 and Z=28. The magic number 28 is a peculiar shell closure created by spin-orbit splitting effects. The double magicity makes the determination of the single-particle nature of their N±1 neighbors by one-neutron transfer reaction of major interest to test both the robustness of shell closures as well as the evolution of particle and/or valence orbitals. Moreover 56Ni, as a N=Z nucleus with fully closed shells, is a key nucleus to investigate neutron-proton pairing in the largest shell accessible experimentally, the fp shell. Neutron-proton pairing can occur both in the isoscalar (T=0) and in the isovector (T=1) channels. The relative intensity of both channels reveals the collective nature of the states. The radioactive beam of 56Ni was produced at GANIL-Caen, France at 30 MeV/u by fragmentation of 58Ni and purification with the LISE spectrometer. The experimental set-up used, consists of the TIARA- MUST2-EXOGAM combination which provides an al- most 4π coverage and the ability to perform particle- γ coincidences. To probe the N=28 gap, we studied the spectroscopy of 55Ni through one-nucleon trans- fer reactions on 56Ni. The excitation energy spectrum is deduced by measuring the light ejectiles only, while particle-γ coincidences are used to improve the re- solution of the populated states and select the main ones. Comparison in between the extracted angular distributions and DWBA calculations allow the extraction of the spectroscopic strength of the hole- and particle- states populated by these one neutron pick- up reactions. As for neutron-proton pairing, a weakening of the strength is expected in the T=0 channel from previous results. The selectivity in ∆T=0 of the 56Ni(d,α)54Co reaction enables further investigation of the isoscalar channel contribution.

L'évolution des nombres magiques en fonction du nombre de neutrons est aujourd'hui un axe de recherche majeur en physique nucléaire. Cette évolution qui se traduit par des modifications profondes de la structure de ces noyaux exotiques, se manifeste expérimentalement par des changements rapides de collectivité et de forme. Dans cette thèse nous avons étudié les noyaux situés autour du 68Ni produits par collisions dites profondément inélastiques au GANIL. Les noyaux d'intérêts ont été sélectionnés et identifiés grâce au spectromètre VAMOS. Les rayonnements gamma permettant d'étudier leur structure ont été détectés par EXOGAM autour du point cible ainsi que par un dispositif spécifique installé au plan focal de VAMOS afin d'identifier les isomères pour une des deux expériences. Dans la première, nous avons observé un nouvel état isomère dans le 68Ni dont la configuration basée sur un état intrus proton nous renseigne sur les effets de couches Z=28 et N=40. De nouvelles transitions ont également été identifiées dans les noyaux de Co, Fe et Mn de masse impaire. Dans la seconde expérience, nous avons mesuré la durée de vie des premiers états excités des noyaux 63,65Co en utilisant une méthode utilisant l'effet Doppler. La mesure de ces temps de vie nous permet d'accéder aux probabilités de transitions électromagnétiques, donc à la collectivité. Des comparaisons avec différents modèles théoriques (modèle en couches et champs moyen) nous permettent d'aller plus loin dans l'interprétation et d'avoir des informations supplémentaires sur l'interaction entre les protons et les neutrons ainsi que sur l'évolution de la collectivité dans cette région de masse.

L'étude des corrélations dans les noyaux légers riches en neutrons est importante pour comprendre leur structure. Dans cette optique, la réaction de dissociation de l'$^{8}$He à 15 MeV/nucléon sur cible de carbone a été étudiée pour la voie $^{6}$He+2n. Le dispositif expérimental était composé de deux détecteurs principaux : le télescope CHARISSA pour la détection des fragments chargés et DéMoN, permettant la détection de plusieurs neutrons en coïncidence. Un code de simulation a été développé pour faciliter l'interprétation des résultats en modélisant les corrélations, la réaction et le dispositif expérimental.<br />Deux techniques complémentaires ont été utilisées pour étudier les corrélations dans la dissociation de $^{8}$He. L'une, l'interférométrie d'intensité, permet de construire la fonction de corrélation neutron-neutron et de fournir une première estimation de la taille de la source d'émission, donc la distance moyenne les séparant. L'autre, basée sur les tracés de Dalitz, permet l'étude des corrélations neutron-neutron et coeur-n et a mis en évidence la décroissance séquentielle de l'$^{8}$He vers l'état fondamental résonant de l'$^{7}$He. Les caractéristiques spatio-temporelles de la dissociation de l'8He sur cible de carbone ont donc pu être déduites et la distance moyenne RMS entre deux neutrons de valence de l'$^{8}$He dans les états excités du continuum a été estimée à 7,3[=+]0,6 fm pour un temps d'émission entre ces neutrons de 1 000[=+]300 fm/c, de l'ordre de grandeur de la durée de vie de l'$^{7}$He.

Un des principaux axes de recherche en physique nucléaire est l'étude des noyaux dans des conditions extrêmes en spin et isospin. Les méthodes microscopiques de type champ moyen, parmi lesquelles la méthode Hartree-Fock basée sur l'approximation des particules indépendantes, sont un des outils les plus performants pour les prédictions théoriques dans ce domaine. Représentant les interactions entre les nucléons dans le noyau, les forces effectives nucléon-nucléon sont le principal ingrédient de ces théories microscopiques auto-cohérentes. L'interaction de Skyrme est une force de portée nulle permettant de construire de manière relativement simple le champ moyen.<br />Bien que cette force ait, sous sa forme standard actuelle, un pouvoir prédictif reconnu, il apparaît aujourd'hui nécessaire d'enrichir sa paramétrisation afin d'améliorer la description des noyaux, en particulier des noyaux exotiques. Ceci peut notamment se faire en introduisant une dépendance en densité plus complexe que dans les paramétrisations standards.<br />L'ajustement des paramètres de cette force peut s'appuyer sur les approches microscopiques de type Brueckner-Hartree-Fock qui n'utilisent comme ingrédient que l'interaction nucléon-nucléon nue. La construction des paramètres de la force va désormais reposer sur des contraintes plus fondamentales. L'étude de la matière nucléaire nous conduit à inclure dans notre procédure d'ajustement une meilleure prise en compte des instabilités de spin et d'isospin, libérant en même temps le domaine d'évolution possible des paramètres de la force lors de leurs ajustements. L'ensemble de ces éléments permet de décrire les propriétés de la matière nucléaire et des noyaux en s'appuyant sur des bases plus solides.