Étude des états particule-trou dans les noyaux de la région du ⁷⁸Ni avec le spectromètre ν-Ball

Study of particle-hole states in nuclei in the neighbourhood of ⁷⁸Ni with the ν-Ball spectrometer

• Auteur / Autrice : Damien Thisse
• Direction : Matthieu Lebois, Jonathan Wilson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Structure et réactions nucléaires
• Date : Soutenance le 20/09/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Elias Khan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Clément, Olivier Stézowski, Michelagnoli Caterina, Stéphane Grévy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Clément, Olivier Stézowski

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neutrons rapides

Produits de fission

Structure nucléaire

Noyaux exotiques

Spectrométrie gamma

Mots clés libres

Structure nucléaire

Spectroscopie gamma

Fission

Noyaux riches en neutrons

Nuclear structure

Gamma spectroscopy

Fission

Neutron-rich nuclei

Résumé

Dans le cadre du modèle en couche, l’évolution des états de particules individuelles avec le rapport N/Z est un phénomène désormais bien établi. De nouveaux nombres magiques peuvent apparaître et d’autres disparaître localement. La question de la persistance des fermetures de couches loin de la stabilité présente un intérêt majeur pour la compréhension de l’interaction nucléaire et de la structure qui en découle. Le travail présenté dans cette thèse porte sur l’évolution du gap N=50 à l’approche du noyau de ⁷⁸Ni. Bien que des observations expérimentales récentes semblent indiquer le statut doublement magique de ce noyau, l’évolution de la taille du gap N=50, qui semble se stabiliser pour Z < 32, soulève encore des questions. L’étude de cette évolution peut se faire en étudiant les états issus de la promotion d’un neutron entre les états simples particules délimitant le gap, de l’état g9/2 à l’état d5/2. La configuration particule-trou résultante est à l’origine d’un multiplet de 6 états, de 2⁺ à 7⁺. Le suivi systématique des états de plus hauts spins, supposés dominés par cette configuration, peut être relié à l’évolution du gap N=50. De 2017 à 2018 s’est tenue à l’installation ALTO d’Orsay une grande campagne expérimentale utilisant le spectromètre γ hybride ν-Ball. La spectroscopie de réactions induites par neutrons rapides a été réalisée grâce au couplage avec la source de neutrons LICORNE. Cinq semaines ont été consacrées à des expériences de fission sur des cibles de ²³⁸U et, pour la première fois, de ²³²Th. Les fragments de fission produits ont pu être étudiés par spectroscopie γ en reconstruisant les coïncidences doubles ou triples entre les rayonnements émis au cours de leur désexcitation. Les schémas de niveaux de nombreux noyaux produits par ces mécanismes, notamment dans la région du ⁷⁸Ni, ont été reconstruits. Grâce à cette étude, il a été possible de placer deux nouvelles transitions et un nouvel état dans le schéma de niveaux du ⁸²Ge. L’énergie de ce nouvel état, supposé 7⁺, mesuré à 3947,9 keV a permis de confirmer la tendance de l’évolution du gap N=50. De plus l’attribution des spin-parités 5⁺ et 6⁺ pour les deux états à 2933,2 et 3227,6 keV est renforcée par la mesure d’une nouvelle transition reliant ces deux états, à 294,1 keV. Enfin, pour interpréter les évolutions des états de particules individuelles déduites de ces mesures expérimentales, l’utilisation d’un modèle de champ moyen relativiste est proposée : la brisure de la symétrie de pseudo-spin.

In the framework of the shell model, the evolution of the single particle states with the N/Z ratio is clearly established phenomenon. Locally, new magic numbers can appear and others disappear. The question of the quenching of shell closures far from stability is of major interest for the understanding of nuclear interaction and the underlying nuclear structure. The work presented in this thesis concerns the evolution of the N=50 shell gap when approaching ⁷⁸Ni. Even if the doubly magic nature of this nucleus has been confirmed in 2019, the evolution of the gap energy, which presents a local minimum for ⁸²Ge, raises many questions. The study of this evolution can be done by looking at the states created by the promotion of a neutron through the gap, from the g9/2 shell to the d5/2 shell. This one particle – one hole configuration creates a multiplet of states with spin-parity ranging from 2⁺ to 7⁺. The systematic tracking of the highest spin states, supposed to be dominated by this configuration, can be directly related to the gap size evolution. From 2017 to 2018, an important experimental campaign has been held at the ALTO facility of Orsay, using the hybrid γ spectrometer ν-Ball. The spectroscopy of fast-neutron induced reactions has been realized thanks to the coupling with the LICORNE neutron source. Five weeks have been dedicated to fission experiments using targets of ²³⁸U and, for the first time, ²³²Th. The fission fragments have been studied using γ spectroscopy by reconstructing double and triple coincidences between the γ rays emitted during the deexcitation of the nuclei. The level schemes of many nuclei have been built, especially in the ⁷⁸Ni region. Thanks to this study, it was possible to place two new energy transitions and one new level in the level scheme of ⁸²Ge. The energy of this new - supposed 7⁺ - state measured at 3947,9 keV is in line with the trend of the N=50 shell gap evolution. Moreover, the spin-parity attribution for the 5⁺ and 6⁺ states is reinforced my the measure of a new transition between these two states, at 294,1 keV. Finally, the use of a relativistic mean field model is proposed to interpret the single particles states evolution deduced from these experimental measurements : the pseudospin symmetry breaking.