Etendre nοs cοnnaissances sur la matière nucléaire chaude dans la régiοn de faible densité

Extending our knowledge on low density hot nuclear matter

• Auteur / Autrice : Alex Rebillard-Soulie
• Direction : Rémi Bougault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 26/11/2024
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique corpusculaire de Caen (1947-....)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement co-accrédité : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Beatriz Jurado
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Beatriz Jurado, Béatrice Ramstein, Jose Benlliure, Diego Gruyer, Helena Pais, Silvia Piantelli
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Béatrice Ramstein, Jose Benlliure

Mots clés

Mots clés contrôlés

Statistique bayésienne

Supernovae

Détecteurs de rayonnement

Théorie du champ moyen

Clusters (chimie)

Matière nucléaire

Ions lourds

Collisions (physique nucléaire)

Mots clés libres

Basse densité

Effets de milieu

Champ moyen relativiste

Fraction massique

Multidétecteur

Analyse bayésienne

Collisions

Heavy ions

Nuclear matter

Low density

Clusters

In-Medium effects

Relativistic mean field

Mass fraction

Multidetector

Supernova

Bayesian analysis

Résumé

Les clusters légers dans la matière nucléaire apparaissent à des densités inférieures à la densité de saturation nucléaire. Ils peuvent jouer un rôle important dans des scénarios astrophysiques comme les supernovae à effondrement de cœur, où les propriétés de la matière nucléaire influence la propagation de l'onde de choc et le parcours des neutrinos émis. À de telles densités, des effets de milieu sont présents et modifient les propriétés des clusters formés, leur abondance et, par conséquent, la dynamique des supernovae. Nous avons utilisé un modèle champ moyen relativiste (RMF) avec des clusters comme degrés de liberté explicites et des échanges de mésons virtuels. Ce modèle possède un couplage clusters-méson empirique qui nécessite d’être calibré avec des observations expérimentales. À partir des collisions d'ions lourds, nous avons sélectionné des événements afin de construire différents ensembles statistiques correspondant à des conditions thermodynamiques particulières. Dans ces ensembles, nous avons extrait les compositions chimiques en terme de fractions massique des isotopes d’hydrogène et d’hélium. En parallèle, nous avons renforcé l’utilisation de l’hypothèse d’équilibre par l’étude des propriétés d’isoscaling. Enfin, dans une analyse bayésienne, nous avons comparé les ensembles expérimentaux avec des calculs issus du modèle RMF, où la densité, la température et le couplage clusters-méson sont libres. Nous avons réussi à reproduire les fractions massiques expérimentales des différents clusters, en considérant une densité unique pour chaque ensemble. Pour étudier les limites de cette analyse et l’étendre à d’autres systèmes, une nouvelle expérience a été réalisée avec le multidétecteur INDRA-FAZIA. D’importantes améliorations ont été apportées sur le dispositif, ce qui a permis d’améliorer significativement ses performances, notamment en termes d’identification isotopique. Ainsi, la quasi-totalité du travail de réduction des données (calibration en énergie et identification) a été achevée pour cette nouvelle expérience. Dans le cadre d'une étude préliminaire, l'analyse a été initiée sur les événements de type vaporisation, mais elle nécessite des efforts supplémentaires.

Light clusters in nuclear matter appear at densities below nuclear saturation density. They can play an important role in astrophysical scenarios like core-collapse supernovae, where the properties of nuclear matter influence the shock wave propagation and the path of emitted neutrinos. At such densities, in-medium effects are present and modify the properties of the formed clusters, their abundance, and, consequently, the dynamics of supernovae. We used a relativistic mean field (RMF) model with clusters as explicit degrees of freedom and virtual meson exchanges. This model includes an empirical cluster-meson coupling that requires calibration with experimental observations. From heavy ion collisions, we selected events to construct different statistical ensembles corresponding to particular thermodynamic conditions. In these ensembles, we extracted the chemical compositions in terms of the mass fractions of hydrogen and helium isotopes. In parallel, we strengthened the use of the equilibrium hypothesis by studying isoscaling properties. Finally, in a Bayesian analysis, we compared the experimental ensembles with calculations from the RMF model, where density, temperature, and cluster-meson coupling are free parameters. We successfully reproduced the experimental mass fractions of the various clusters, considering a unique density for each ensemble. To explore the limitations of this analysis and extend it to other systems, a new experiment was conducted with the INDRA-FAZIA multidetector. Significant improvements were made to the device, which has considerably enhanced its performance, particularly in terms of isotopic identification. Consequently, nearly all of the data reduction work (energy calibration and identification) has been completed for this new experiment. In a preliminary study, the analysis began on vaporization-type events, but further efforts are required.