Synthesis of super-heavy elements : Role of uncertainty analysis in theoretical modeling

• Auteur / Autrice : Hongliang Lü
• Direction : Abdelouahad Chbihi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Constituants élémentaires et physique théorique
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Caen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale structures, informations, matière et matériaux (Caen ; 1992-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Grand accélérateur national d'ions lourds (Caen)
• Jury : Président / Présidente : Francesca Gulminelli
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abdelouahad Chbihi, Francesca Gulminelli, Dieter Ackermann, Guy Royer, David Boilley, Beatriz Jurado
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Dieter Ackermann, Guy Royer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse de régression

Modèle nucléaire de la goutte liquide

Statistique bayésienne

Collisions (physique nucléaire)

Analyse

Incertitude

Éléments superlourds

Résumé

L'existence d'éléments super-lourds a été prédite par le modèle en couches. Cependant, la description théorique de la réaction nucléaire pour les systèmes lourds n'a pas encore été bien établie. De grands écarts entre les prévisions quantitatives persistent toujours en raison de la présence du phénomène de la fusion entravée. Le premier objectif de cette thèse est d'étudier différents modèles liés à la description complète de la réaction de fusion-évaporation. Puis, une analyse d'incertitude, en combinaison avec un code de cascade appelé KEWPIE2, est effectuée. En inspectant les incertitudes dues aux paramètres et modèles, il est clairement montré que la barrière de fission a le rôle le plus crucial pour contraindre les modèles de fusion à partir des données expérimentales. Comment faire pour déterminer l'incertitude associée à la barrière de fission? Puisque nous ne disposons pas d'assez de données fiables, nous avons cherché à appliquer l'inférence bayésienne. À l'aide de KEWPIE2 et des pseudo-données inventées, des résultats préliminaires nous indiquent que l'incertitude de la barrière de fission est sensible à la fois au nombre et à la précision de données ainsi qu'aux paramètres de nuisance. En outre, il est connu que le processus de fusion et la barrière de fission peuvent être décrits dans le même cadre du modèle de la goutte liquide. En revisitant une simple formule de masse avec la théorie de la régression linéaire, les incertitudes sur les paramètres du modèle ainsi que la corrélation entre l'énergie de séparation du dernier neutron et la barrière de fission sont étudiés. L'impact de leurs covariances sur la probabilité de survie est concrètement analysée.

The existence of super-heavy elements (SHE) has been predicted by the nuclear shell model. However, the nuclear reaction theory for heavy systems has not been well established yet. Large discrepancies between quantitative predictions still persist because of the presence of the fusion hindrance phenomenon. The first aim of this PhD work is to investigate different models associated with the complete description of the fusion-evaporation reaction. Then, a complete uncertainty analysis, in combination with a newly-developed cascade code called KEWPIE2, is performed. By inspecting uncertainties due to parameters and models, it is clearly revealed that the fission barrier has the most crucial role to play in constraining the fusion models. How to determine the uncertainty associated with the fission barrier? Since we do not have enough reliable data, we propose to consider Bayesian inference by reversing the usual mode of thinking. Based upon the KEWPIE2 code with simulated pseudo-data, preliminary results tell us that the estimated uncertainty in the fission barrier appears to be quite sensitive to the number and precision of data points as well as the nuisance parameters. Furthermore, it is known that the fusion process and the fission barrier can be both described within the framework of the liquid-drop model. Thus, they should be correlated with each other. With the help of a simple liquid-drop mass formula and the regression theory, uncertainties in the model parameters as well as the correlation between the neutron-separation energy and fission barrier are inspected. The influence of their covariances on the survival probability is concretely investigated.