Etude des modes de respiration nucléaire dans le formalisme QRPA : un défi pour les interactions effectives modernes

Study on nuclear breathing modes within QRPA formalism : a challenge for modern effective interactions

• Auteur / Autrice : Lysandra Batail
• Direction : Dany Davesne, Sophie Péru, Alessandro Pastore
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique nucléaire théorique
• Date : Soutenance le 15/12/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (Lyon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon
• Jury : Président / Présidente : Corinne Augier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dany Davesne, Beatriz Jurado, Marco Martini, Michael Bender, Marine Vandebrouck
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Beatriz Jurado, Marco Martini

Mots clés

Mots clés contrôlés

Molybdène

Isotopes

Zirconium

Résonance géante (physique nucléaire)

Recherche

Physique nucléaire

Mots clés libres

ISGMR

Gogny

HFB

QRPA

Opérateur

Interaction effective

Ajustement

ISGMR

Gogny

HFB

QRPA

Operator

Effective interaction

Fitting

Résumé

Les résonances géantes sont des modes de vibration privilégiés. Elles permettent de comprendre des aspects de la structure du noyau de l'atome (niveaux d'énergie, clusterisation...) grâce à leurs décroissances et leurs énergies d'excitation. Elles peuvent aussi servir à tester la validité d'un modèle théorique et contraindre des interactions phénoménologiques. Parmi ces modes, la Résonance Géante Monopolaire IsoScalaire (ISGMR) est remarquable car reliée par son énergie principale d'excitation à l'incompressibilité de la matière nucléaire et donc à son équation d'état. Étudiée depuis des décennies, l'ISGMR est toujours sujette à débat. Sur l'ensemble des noyaux, aucun modèle théorique n'arrive à reproduire toutes les valeurs expérimentales, parfois elles-mêmes non compatibles entre elles selon le dispositif utilisé et les analyses de données faites. En particulier, les modèles théoriques donnant une bonne reproduction des isotopes de Plomb échouent à reproduire les chaînes de Nickel, de Cadmium et d'Étain, et vice versa. Tout l'objectif de ce travail de thèse consiste à essayer de comprendre pourquoi et à apporter des éléments de réponse à ce problème. Dans un premier temps, nous passerons en revue les caractéristiques de l'ISGMR. Nous présenterons les points clés des techniques d'analyse de données expérimentales et pointerons en particulier du doigt l'inévitable composante isovectorielle de toute excitation isoscalaire, qui semble parfois négligée. Nous discuterons de la problématique étudiée, à savoir l'écart théorie-expérience sur la reproduction de l'ISGMR de nombreux isotopes. Dans un deuxième temps, nous décrirons le cadre théorique Hartree-Fock-Bogoliubov (HFB) + Quasi-particle Random Phase Approximation (QRPA) avec interaction de Gogny dans lequel on se place pour décrire l'ISGMR. Nous montrerons ensuite les tests de convergence effectués, nécessaires à une bonne estimation des énergies d'excitation de l'ISGMR et présenterons les résultats état de l'art associés à ce cadre théorique dans les noyaux pair-pair de 56-60Ni, 90,92Zr, 106,110,114,116Cd, 112-124Sn, 204-208Pb et qui nous serviront de points de comparaison par la suite. Nous reviendrons sur la composante isovectorielle de notre mode d'excitation isoscalaire et montrerons en quoi sa prise en compte peut s'avérer utile dans le cas spécifique des chaînes isotopiques de Zirconium et de Molybdène. Nous développerons dans le chapitre suivant les études menées sur l'expression de l'opérateur de transition monopolaire tenant compte des données de cinématique des diffusions inélastiques pour sonder l'ISGMR et l'impact d'un nouvel opérateur sur les hautes énergies d'excitation. Nous présenterons en particulier la capacité nouvelle de reproduction des composantes à hautes énergies des spectres monopolaires. Nous discuterons ensuite de l'impact de la correction du centre de masse à 2 corps en tant que terme correctif de notre Hamiltonien effectif dans les noyaux de 12C et 24Mg en plus des chaînes isotopiques principales de nos études. Enfin, nous exposerons le travail effectué sur le processus d'ajustement d'une nouvelle interaction de Gogny à trois portées dans le terme central à deux corps et détaillerons certains des résultats associés à la nouvelle paramétrisation D3G3.

Giant resonances are privileged modes of vibration. They make it possible to understand aspects of the structure of the atomic nucleus (energy levels, clustering, and so on) thanks to their decays and their excitation energies. They can also be used to test the validity of a theoretical model and constrain phenomenological interactions. Among these modes, the Isoscalar Giant Monopole Resonance (ISGMR) is noticeable as it is related by its main excitation energy to the incompressibility of nuclear matter and therefore to its equation of state. Studied for decades, the ISGMR is still subject to debate. Over all the nuclei, no theoretical model manages to reproduce all the experimental values, which are sometimes themselves not compatible with each other, depending on the set-up used and the data analyzes carried out. In particular, the theoretical models giving a good reproduction of Lead isotopes fail to reproduce the chains of Nickel, Cadmium and Tin, and \textit{vice versa}. The whole objective of this thesis work is to try to understand why and to provide some answers to this problem. First, we will review the characteristics of ISGMR. We will present the key points of experimental data analysis techniques and point out in particular the unavoidable isovectorial component of any isoscalar excitation, which sometimes seems neglected. We will discuss the problem studied, namely the theory-experiment difference on the reproduction of the ISGMR of many isotopes. We will afterwards describe the Hartree-Fock-Bogoliubov (HFB) + Quasi-particle Random Phase Approximation (QRPA) theoretical framework with Gogny interaction in which we place ourselves to describe ISGMR. We will then show the convergence tests carried out, necessary for a good estimation of the excitation energies of the ISGMR and will present the state-of-the-art results associated with this theoretical framework in the even-even nuclei of 56-60Ni, 90,92Zr, 106,110,114,116Cd, 112-124Sn, 204-208Pb and which will serve as points of comparison in the following. We will come back to the isovectorial component of our isoscalar excitation mode and will show how taking it into account can be useful in the specific study of Zirconium and Molybdenum isotopic chains. We will develop in the following chapter the studies carried out on the expression of the monopolar transition operator taking into account the kinematics data of inelastic diffusions used to probe the ISGMR and the impact of a new operator on high excitation energies. In particular, we will present the new ability to reproduce the high-energy components of monopolar spectra. We will then discuss the impact of the 2-body center of mass correction as a corrective term to our effective Hamiltonian in 12C and 24Mg nuclei in addition to the main isotopic chains studied. Finally, we will expose the work done on the fitting procedure of a new three-ranged Gogny interaction in the central two-body term and detail some of the results associated with the new D3G3 parametrization.