Reactions de fusion par effet tunnel quantique et leurs impacts sur les étoiles massives avec STELLA

Quantum tunneling fusion reactions with impact on massive stars with STELLA

• Auteur / Autrice : Jean Nippert
• Direction : Sandrine Courtin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 28/09/2023
• 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 : Jérôme Baudot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gregoire Henning
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Giovanna Montagnoli, Nadine Redon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Physique des hautes énergies

Évolution stellaire

Réacteurs à fusion

Mots clés libres

Physique Nucléaire

Astrophysique nucléaire

Coïncidence gamma-particules

12C+12C

Nuclear Astrophysics

Gamma-particle coincidences

12C+12C

Résumé

La mesure de la réaction de fusion 12C + 12C aux énergies astrophysiques est nécessaire pour bien appréhender l’évolution stellaire. D’une part, la suppression de la fusion a été observée dans la majorité des systèmes mi-lourds, mais des doutes subsistent pour les systèmes mi-légers. Dans le cas du 12C + 12C, des indices de suppression de la fusion ont été observés mais une confirmation claire est toujours attendue. D’autre part, la présence de résonances dans la section efficace de fusion est une forte indication d’états moléculaires dans le 24Mg. Ces résonances peuvent également avoir un impact conséquent sur notre compréhension de l’évolution stellaire. La mesure précise de la fusion aux énergies profondément sous-coulombiennes est très complexe, car sa section efficace est sous le nanobarn et largement dominée par le bruit de fond. Pour surmonter ces difficultés, l’expérience STELLA (STELlar LAboratory) combinée à l’ensemble de détection UK-FATIMA (FAst TIMing Array) permet la mesure en coïncidences des gammas et des particules chargées produits par la réaction de fusion pour supprimer efficacement le bruit de fond et permettre la mesure précise aux énergies profondément sous-coulombiennes, dans la région en énergie d’intérêt astrophysique. La première campagne expérimentale de STELLA a révélé des indices de suppression de fusion ainsi qu’une potentielle résonance à basse énergie. Ce document présente les données de la campagne expérimentale de 2019. Des détails sur le contexte astrophysique de la fusion 12C+ 12C et de la structure nucléaire impliquée, ainsi que sur le système expérimental et l’analyse de donnée associée sont être présentés. Enfin, les résultats et leur interprétation sont exposés.

The measurement of the 12C + 12C fusion reaction at astrophysical energies is crutial to well understand massive stars evolution. One one hand, fusion hindrance has been observed in most of medium-heavy fusion systems, while is still unclear if it affects also light-medium fusion reactions. In the case of the 12C + 12C hints of hindrance have been observed around the predicted S-factor maximum with hindrance and still need a clear confirmation. On the other hand, the presence of resonances in the cross-section of 12C + 12C fusions reactions, that can be a strong indication of molecular states in 24Mg, can also have an impact on our understanding of stellar evolution. Precise measurements at deep sub-barrier energies are highly challenging, as the cross-section is in the sub-nanobarn range far below ambient background. To tackle this challenge, the STELLA (STELar LAboratory) experiment combined to UK-FATIMA (FAst TIMing Array) employs coincident measurement of gammas and charged particles products of the fusion reaction with nanoseconds timing to efficiently suppress the background and to take precise measurements at deep subCoulomb-barrier energy, right in the astrophysical region of interest. The first experimental campaign in 2016/2017 reavealed hints of hindrance and a potential resonance at low energy. This contribution will present data from an experimental campaign in 2019. Details on the astrophysical and nuclear structure context will be given as well as on the experimental setup and the data analysis, and exclusive S-factors will be presented and discussed in the context of the excitation function.