Etude de la nucléosynthèse par processus p et notamment par la réalisation de mesures expérimentales de sections efficaces de réactions

Constraining p-Process nucleosynthesis through crucial cross-section measurements

• Auteur / Autrice : Yasmine Demane
• Direction : Olivier Stézowski, Camille Ducoin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrohysique nucléaire
• Date : Soutenance le 05/10/2023
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (Lyon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon
• Jury : Président / Présidente : François De Oliveira Santos
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Stézowski, Camille Ducoin, Olivier Dorvaux, Muriel Fallot, Nathalie Millard-Pinard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Olivier Dorvaux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectromètres magnétiques

Physique nucléaire

Astrophysique

Nucléosynthèse

Mots clés libres

Nucléaire

Nucléosynthèse

P-process

Section efficace

Astrophysique

Nuclear

Nucleosynthesis

P-process

Cross-section

Astrophysical

Résumé

Ce manuscrit a pour objectif l’étude du processus p, essentiel à la formationdes noyaux stables et riches en protons produits lors d’événements stellairesexplosifs. La modélisation de ce processus repose sur des calculs théoriquesde taux de réactions nucléaires, impliquant des sections efficaces de réactions.L’objectif de cette thèse est de mesurer plusieurs sections efficaces d’intérêt. Cesdernières seront cruciales à la compréhension des disparités existantes entre lescalculs théoriques des abondances des noyaux-p et les observations expérimen-tales associées.Cinq mesures de sections efficaces (p,γ) et (p,n) ont été réalisées en utilisantla méthode par activation sur des isotopes du germanium, 70,72,73,76Ge, dans lebut d’étudier l’abondance du plus léger des noyaux-p, le 74Se. L’expérience aété menée à 2.5 MeV à l’aide du tandétron de l’Institut National Horia Hulubei.Deux sections efficaces de réactions ont été mesurées pour la première fois dansce travail : 73Ge(p, γ)74As et 73Ge(p, n)73As. La section efficace de réaction72Ge(p, γ)73As a pu être comparée à une première mesure existante et réaliséevia la technique du γ-summing. Un écart d’environ 38% est observable entreces deux études.En parallèle, ce manuscrit détaille les préparatifs d’une expérience de diffusionélastique qui aura lieu à l’IJCLab Orsay par utilisation du spectromètre magné-tique SplitPole et d’un faisceau d’alphas. L’objectif principal sera d’approfondirla compréhension des interactions fondamentales α-noyau régissant les modèlesd’abondances. Cette expérience se concentrera sur les mécanismes à l’originede la formation des noyaux-p dont la masse est supérieure à A > 140.Enfin, des concepts d’apprentissage automatique sont explorés. Ilsfont appel à des approches bayésiennes et fréquentistes et visent à démêler descorrélations complexes existantes entre différents paramètres influant sur lessections efficaces de réaction des noyaux-p.

This thesis navigates the complexities of the p-process, crucial in understandingthe formation of stable, proton-rich nuclei beyond iron, commonly created inexplosive stellar events. The modeling of this intricate process relies on theo-retical calculations of nuclear reaction rates, involving reaction cross-sections.The primary focus of this thesis will be on measuring relevant reaction cross-sections, aiming to facilitate the reconciliation of existing disparities betweentheoretical calculations and experimental observations.Five cross-section measurements of (p,γ) and (p,n) reactions have been conduct-ed using the activation method on germanium isotopes, specifically 70,72,73,76Ge,at 2.5 MeV using the tandetron of the Horia Hulubei National Institute. Themain objective was to address discrepancies noticed in the abundance of 74Se,the lightest p-nucleus. The analysis provided the first experimental data fortwo reaction cross sections : 73Ge(p, γ)74As and 73Ge(p, n)73As. Furthermore,a new measurement of the 72Ge(p, γ)73As reaction cross section revealed a no-table discrepancy of approximately 38% when compared to another study thatemployed the in-beam γ-summing technique.Additionally, the dissertation articulates plans for an upcoming α-elastic scat-tering experiment at IJCLab Orsay using the SplitPole magnetic spectrome-ter. The primary objective is to refine our comprehension of the poorly knownα-nucleus interactions, fundamental in governing the reactions dictating theabundance patterns. This experiment will focus on elucidating the mechanismsbehind the formation of high-mass p-nuclei beyond the mass range of A > 140.Finally, Machine Learning concepts are introduced in order to bridge the gapbetween experimental data and the refinement of nuclear models. Bayesianand Frequentist approaches are explored to disentangle the existing correlationsamong various inputs affecting reaction cross-section simulations.