Étude des états isomériques des noyaux dits superlourds : cas du 254No

Study of isomeric states in so-called superheavy nuclei : case of 254No

• Auteur / Autrice : Margaux Forge
• Direction : Olivier Dorvaux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 15/09/2023
• 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 : Sandrine Courtin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Caterina Michelagnoli, Michael Block, Roderick Clark
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Antoine Lemasson, Barbara Sulignano

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réactions nucléaires

Éléments superlourds

Isomérie

Mots clés libres

Structure nucléaire

Physique nucléaire expérimentale

Spectroscopie nucléaire

Noyaux lourds et superlourds

États isomériques de haut-K

Synthèse de nouveaux éléments

Électronique numérique

Nuclear structure

Experimental nuclear physics

Nuclear spectroscopy

Heavy and superheavy nuclei

High-K isomeric states

New element synthesis

Digital electronics

Résumé

Le champ d'étude des noyaux superlourds représente un intérêt crucial pour la compréhension de la structure et de la stabilité des noyaux atomiques. Ces noyaux d'une masse extrême tirent leur existence des effets de couches nucléoniques et servent de sondes exceptionnelles pour l'étude de la compétition entre les interactions fondamentales. Pour explorer ces noyaux, des dispositifs expérimentaux de plus ne plus complexes ont été développés pour les synthétiser, notamment au laboratoire RIKEN après du spectromètre GARIS3. Cette thèse contribue à l'effort mondial visant à synthétiser l'élément Z = 119 en utilisant la réaction de fusion-évaporation 248Cm(51V, xn)299-x119. Cette entreprise requiert une analyse approfondie, une optimisation minutieuse des paramètres expérimentaux, et le recours à des méthodes de filtrage pour identifier les résidus d'évaporation pertinents. Bien que les résultats de cette partie de la recherche soient confidentiels, les méthodologies d'analyse sont dévoilées en se basant sur la synthèse du 257Db. De plus, cette thèse présente les distributions de barrières et les fonctions d'excitation résultant de réactions de substitution impliquant le faisceau de 51V, dans le but d'obtenir l’énergie de faisceau optimale pour la synthèse du nouvel élément. La faible section efficace de production des noyaux superlourds constitue actuellement un obstacle majeur pour les études détaillées de spectroscopie. Pour contourner cette limitation, des noyaux légèrement moins lourds, tels que le 254No, sont étudiés. Une seconde partie de cette thèse porte sur l’étude approfondie de ce noyau en utilisant le séparateur SHELS et le système de détection GABRIELA via la réaction de fusion froide 208Pb(48Ca, 2n)254No, notamment en ce qui concerne ses deux états isomériques mis en évidence lors de précédentes expériences. Les résultats obtenus ont révélé des observations nouvelles et intrigantes notamment la possible coexistence de différentes formes nucléaires, une découverte inédite pour un tel noyau et la première mesure de l’énergie de séparation de Gallagher-Moszkowski pour un noyau aussi lourd.

The field of study concerning superheavy nuclei holds critical significance for comprehending the structure and stability of atomic nuclei. These nuclei, characterized by their extreme mass, owe their existence to the effects of nucleonic shell structures and serve as exceptional probes for investigating the competition between fundamental interactions. In the quest to explore these nuclei, increasingly sophisticated experimental setups have been devised for their synthesis, notably within the RIKEN laboratory, in conjunction with the GARIS3 spectrometer. This doctoral thesis contributes to the global endeavor of synthesizing Element Z = 119 through the fusion-evaporation reaction 248Cm(51V, xn)299-x119. This undertaking necessitates meticulous analysis, precise experimental parameter optimization, and the application of filtering methods to identify relevant evaporation residues. While the results of this research segment remain confidential, the analytical methodologies are disclosed based on the synthesis of 257Db. Furthermore, this thesis presents barrier distributions and excitation functions resulting from substitution reactions involving the 51V beam, with the aim of determining the optimal beam energy for the new element synthesis. The limited effective production cross-section of superheavy nuclei currently poses a major obstacle to detailed spectroscopic investigations. To circumvent this limitation, slightly lighter nuclei, such as 254No, are studied. A second part of this thesis focuses on the in-depth examination of this nucleus using the SHELS separator and the GABRIELA detection system via the cold fusion reaction 208Pb(48Ca, 2n)254No, particularly regarding its two isomeric states previously identified in earlier experiments. The results obtained have revealed novel and intriguing observations, including the potential coexistence of different nuclear shapes, an unprecedented finding for such a nucleus, and the first measurement of the Gallagher-Moszkowski separation energy for such a heavy nucleus.