Etude des contributions protons et neutrons à l'excitation des états 2+ des isotopes de Silicium entre N=20 et N=28

Study of the proton and neutron contributions to the excitation of the 2+ states of Silicon isotopes between N=20 and N=28

• Auteur / Autrice : Quentin Delignac
• Direction : Stéphane Grevy
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Astrophysique, Plasmas, nucléaire
• Date : Soutenance en 2025
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique des 2 Infinis de Bordeaux
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Noyaux exotiques
• Jury : Président / Présidente : Nadezda Smirnova
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Grevy, Magdalena Zielinska, Hervé Savajols, Marlène Assie, Thomas Roger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Magdalena Zielinska, Hervé Savajols

Mots clés

Mots clés libres

Physique nucléaire expérimentale

Excitation Coulombienne

Cible active

Spectroscopie gamma

Modèle en couche

Diffusion inélastique

Inelastic scattering

Shell model

Active target

Gamma Spectroscopy

Coulomb excitation

Experimental nuclear physics

Résumé

Cette thèse porte sur l'étude expérimentale de la structure de noyaux exotiques riches en neutrons au voisinage des fermetures de couches N=20 et N=28 afin de contraindre l'interaction nucléon-nucléon. Des études précédentes ont montré une apparition soudaine de la déformation à N=20 entre les isotones de 34Si et 32Mg tandis qu'une région de déformation se développe tout le long de la chaine isotonique N=28 entre le noyau doublement magique et sphérique 48Ca (20 protons/28 neutrons) et le noyau 42Si qui est extrêmement déformé malgré son caractère semi-magique (14 protons/28 neutrons). De plus, alors que la déformation du 32Mg trouve son origine dans la réduction de la fermeture de couche N=20, il a été montré que la déformation à N=28 résulte d'excitations neutrons au-dessus de la fermeture de couches N=28 mais aussi d'excitations protons au-dessus de la sous-couche Z=14. Ces réductions de fermetures de couches sont interprétées comme résultant de la composante monopolaire tenseur de l'interaction nucléon-nucléon, mais pourrait aussi, à N=28, être favorisée par une réduction de la force spin-orbite. Le but de ce travail a été de suivre l'évolution de la déformation le long de la chaine isotopique des Si, entre le noyau sphérique 34Si (N=20) et le noyau déformé 42Si (N=28) avec une attention particulière sur le développement de la collectivité induite par les protons, absente à N=20 et qui apparaît comme indispensable pour décrire la région de N=28. Pour ce faire, une expérience a été réalisée afin de mesurer la section efficace de la diffusion inélastique de protons et la section efficace d’excitation Coulombienne permettant la détermination des valeurs de B(E2, 0+ -> 2+) pour les noyaux de 36Si et 38Si. L’expérience a été réalisée durant la campagne 2022 du spectromètre LISE (Ligne d’Ions Super Epluchés) au GANIL (Grand Accélérateur National d’Ions Lourds). Le spectromètre permettait de produire et sélectionner les noyaux d’intérêts de 36Si et 38Si mais aussi des noyaux de références comme les 40S et 42S. En vue de mesurer les sections efficaces, l'expérience était composée de deux dispositifs indépendants placés en série sur la ligne de physique de façon à utiliser le même faisceau radioactif et permettre ainsi de maximiser l'utilisation du faisceau et d'avoir les mêmes conditions expérimentales pour les deux mesures (expérience en mode « Brochette »). Le premier dispositif utilisé était le détecteur ACTAR TPC (Active Target Time Projection Chamber) afin de mesurer la section efficace de diffusion inélastique de protons. Le deuxième dispositif était dédié à l’étude de l’excitation Coulombienne par la mesure des valeurs de B(E2, 0+ -> 2+) et faisait appel à l'utilisation de différents types de détecteurs pour la mesure de la cinématique des ions lourds (énergie, positions) et pour la mesure des rayonnements gammas provenant de la désexcitation des noyaux. Nous présenterons dans ce manuscrit les résultats de l’excitation Coulombienne et donnerons de nouvelles valeurs expérimentales pour les B(E2) des noyaux de 36Si et 38Si. Sur le plan théorique, ces résultats seront l'occasion de revisiter l’interaction SDPF élaborée pour décrire l'évolution de la structure nucléaire dans les régions de N=20 et N=28.

This thesis focuses on the experimental study of the structure of exotic neutron-rich nuclei in the vicinity of the N=20 and N=28 shell closures in order to constrain the nucleon-nucleon interaction. Previous studies have shown a sudden emergence of deformation at N=20 between the 34Si and 32Mg isotones, while a region of deformation develops along the entire N=28 isotonic chain between the doubly magical and spherical 48Ca nucleus (20 protons/28 neutrons) and the 42Si nucleus, which is extremely deformed despite its semi-magical character (14 protons/28 neutrons). Furthermore, while the deformation of 32Mg is due to the reduction of the N=20 shell closure, it has been shown that the deformation at N=28 results from neutron excitations above the N=28 shell closure and also from proton excitations above the Z=14 subshell. These reductions in shell closures are interpreted as resulting from the monopole tensor component of the nucleon-nucleon interaction, but could also, at N=28, be favoured by a reduction in the spin-orbit force. The aim of this work was to follow the evolution of the deformation along the Si isotopic chain, between the spherical nucleus 34Si (N=20) and the deformed nucleus 42Si (N=28) with particular attention to the development of the proton-induced collectivity, absent at N=20 and which appears to be essential for describing the N=28 region. To achieve this purpose, an experiment was performed to measure the cross-section of inelastic proton scattering and the cross-section of Coulomb excitation, allowing the determination of B(E2, 0+ -> 2) values for the 36Si and 38Si nuclei. The experiment was set up during the 2022 campaign of the LISE (Ligne d'Ions Super Epluchés) spectrometer at GANIL (Grand Accélérateur National d'Ions Lourds). The spectrometer was used to produce and select the nuclei of interest, 36Si and 38Si, as well as reference nuclei such as 40S and 42S. In order to measure the cross-sections, the experiment was composed of two independent setups placed in series on the physics line to use the same radioactive beam, maximising the use of the beam and ensuring the same experimental conditions for both measurements (‘’Brochette‘’ mode experiment). The first setup was ACTAR TPC detector (Active Target Time Projection Chamber) to measure the cross-section of inelastic proton scattering. The second setup was dedicated to the study of Coulomb excitation by measuring the values of B(E2, 0+ -> 2+) and required the deployment of different types of detectors to measure the kinematics of heavy ions (energy, positions) and to measure gamma radiation from the de-excitation of nuclei. In this manuscript, we will present the Coulomb excitation results and give new experimental B(E2) values for the 36Si and 38Si nuclei. On the theoretical side, these results will provide an opportunity to revisit the SDPF interaction developed to describe the evolution of the nuclear structure in the N=20 and N=28 regions.