Etude des modes octupolaires dans le noyau atomique de 156Gd : recherche expérimentale de la symétrie tétraédrique

Study of the octupole modes in the atomic nucleus of 156Gd : experimental search of the tetrahedral symmetry

• Auteur / Autrice : Loic Sengele
• Direction : Dominique Curien, Jerzy Dudek
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 10/12/2014
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (Strasbourg ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Benoît Gall
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michael Jentschel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gilles De France, Alain Astier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Probabilités des transitions atomiques

Symétrie (physique)

Structure nucléaire

Mots clés libres

Stabilité et structures nucléaires

Symétries géométriques du champ moyen

Potentiel de Woods-Saxon Universel

Symétrie de Haut-Rang tétraédrique

Brisure de symétrie par réflexion

États nucléaires de parité négative

Modes octupolaires

Spectroscopie gamma fine et à ultra haute résolution par diffraction

Mesure de durée de vie par la méthode GRID

Probabilité réduites de transition

Nuclear structures and stability

Mean-field geometrical symmetries

Universal Woods-Saxon potential

High-Rank tetrahedral symmetry

Reflection symmetry breaking

Negative parity nuclear states

Octupolar modes

Ultra-high resolution diffraction gamma spectroscopy

Lifetimes measurements with the GRID method

Reduced transitions probabilities

Résumé

Les symétries géométriques jouent un rôle important dans la compréhension de la stabilité de tout système physique. En structure nucléaire, elles sont reliées à la forme du champ moyen utilisé pour décrire les propriétés des noyaux atomiques. Dans le cadre de cette thèse, nous avons utilisé les prédictions obtenues avec l'aide du Hamiltonien du champ moyen nucléaire avec le potentiel de Woods-Saxon Universel pour étudier les effets des symétries dites de « Haut-Rang ». Ces symétries ponctuelles mènent à des dégénérescences des états nucléaires d’ordre 4. Il est prédit que la symétrie tétraédrique influence la stabilité des noyaux proches des nombres magiques tétraédriques [Z,N]=[32,40,56,64,70,90-94,136]. Nous avons sélectionné la région des Terres-Rares proche du noyau doublement magique tétraédrique 154Gd pour notre étude. Dans cette région, il existe des structures de parité négative qui sont mal comprises. Or la symétrie tétraédrique, en tant que déformation octupolaire non-axiale, brise la symétrie par réflexion et doit produire des états de parité négative. Après une étude systématique des propriétés expérimentales des noyaux de la région, nous avons sélectionné le 156Gd comme objet de notre étude des modes d’excitation octupolaire. Nous avons utilisé les probabilités réduites de transition gamma pour discerner ces différents modes. Pour atteindre cet objectif, nous avons réalisé trois expériences de spectroscopie gamma à l’ILL de Grenoble avec les détecteurs EXILL et GAMS afin de mesurer les durées de vie et les intensités des transitions gamma des états candidats. L'analyse de nos résultats montre que notamment la forme tétraédrique aide à comprendre les probabilités des transitions dipolaires. Ce résultat ouvre de nouvelles perspectives expérimentales et théoriques.

Geometrical symmetries play an important role in the understanding of all physical systems. In nuclear structure they are linked to the shape of the mean-field used to describe the atomic nuclei properties. In the framework of this thesis, we have used the predictions obtained with the help of the nuclear mean-field Hamiltonian with the Universal Woods-Saxon potential to study the effects of the so-called “High-Rank” symmetries. These point-group symmetries lead to a nuclear state degeneracy of the order of 4. It is predicted that the tetrahedral symmetry affects the stability of nuclei close to the tetrahedral magic numbers [Z,N]=[32,40,56,64,70,90-94,136]. We have selected the Rare-Earth region close to the tetrahedral doubly magic nucleus 154Gd for our study. In this region, there exists negative parity structures poorly understood. Yet the tetrahedral symmetry, as related to a non-axial octupole deformation, breaks the reflection symmetry and leads to the negative parity states. Following a systematics of experimental properties of the nuclei in this region, we have selected 156Gd as the object of our study for the octupole excitation modes. We have used the reduced transitions probabilities to discriminate between these modes. To achieve this goal, we have performed three gamma spectroscopy experiments at the ILL in Grenoble with the EXILL and GAMS detectors to measure the lifetimes and the gamma transition intensities from the candidate states. The analysis of our results shows that including the tetrahedral shape helps to understand the dipole transition probabilities. This result will open new experimental and theoretical perspectives.