Description du sujet de thèse

Le sujet de thèse proposé concerne l’étude de la structure des noyaux exotiques auprès de GANIL-SPIRAL2 en utilisant la branche de basse énergie de S3 (S3-LEB). Les noyaux exotiques seront produits par des réactions de fusion-évaporation à l’entrée du Super Separator Spectrometer (S3) de SPIRAL2, arrêtés dans la cellule à gaz de S3-LEB, puis neutralisés et extraits par le flux de gaz dans un jet supersonique. Dans cet environnement, des lasers accordables en longueur d’onde produiront l’ionisation de l’élément d’intérêt et permettront de le sonder par spectroscopie laser. Ce type d’expérience permettra de mesurer l’écart isotopique et la structure hyperfine des atomes sondés, donnant accès aux propriétés électromagnétiques statiques des noyaux, tels que le rayon de charge, le spin et les moments magnétique et quadripolaire. L’installation S3-LEB (avec cellule à gaz, RFQs et spectromètre de masse) a été testée hors ligne jusqu’à la fin de 2023 et en 2024 elle sera installée au point focal de S3. Ce dernier est dans la phase finale de construction, avec le démarrage programmé pour 2025.
La première expérience qui va suivre concernera la production des isotopes d’erbium riches en protons par la réaction 116Sn(40Ar,4n)152Er et leur étude par spectroscopie laser, permettant de déterminer les rayons de charge des isotopes impairs (inconnus dans cette région), ainsi que l’oscillation paire-impaire des rayons de charge. En plus, les moments électromagnétiques de l’isotope 151Er n’ont pas été déterminés. Cet isotope a deux états nucléaires de longue durée de vie, l’état fondamental de spin-parité 7/2– et un état isomère de 27/2–. Déterminer le rayon de charge et les moments électromagnétiques de ces deux états permettrait de contraindre leur fonction d’onde et de déterminer comment la densité des protons change par l’excitation du noyau. La proximité de la fermeture de couche nucléaire N = 82 fait de 151Er un cas d’étude intéressant pour la compréhension du modèle nucléaire en couches.
En parallèle de ces développements, le nouveau projet FRIENDS3 (Fast Radioactive Ion Extraction and Neutralization Device for S3) financé par l’ANR et démarré à IJCLab en 2021 a pour but d’améliorer la cellule à gaz de S3-LEB et de développer une future version, dédiée à l'étude des isotopes encore plus exotiques. Pour achever ces objectifs, le projet propose de réaliser des simulations et de construire un banc de test qui permettra d’essayer des différentes versions de cellule à gaz. Le banc de test sera construit dans la première partie de 2024, utilisé dans un premier temps à IJCLab puis installé au GANIL à côté d’une salle équipée de lasers où des expériences seront effectuées avec des faisceaux atomiques stables.
S3-LEB est une expérience clé pour la recherche de physique nucléaire en France et son démarrage ouvra des multiples possibilités pour l’étude des propriétés des noyaux exotiques. Le travail de thèse consistera dans la mise à point de l’installation S3-LEB et son utilisation pour des expériences de physique, l’analyse et l’interprétation des données acquises pendant ces expériences et des développements d’instrumentation. Le travail de thèse aura pour objectif au moins une publication scientifique en premier auteur. Le doctorant travaillera dans une communauté internationale avec des fréquentes échanges, lui permettant une excellente dissémination des résultats scientifiques et des bonnes perspectives professionnelles.
[1] A. Ajayakumar et al., NIMB 539, 102-107 (2023)
[2] F. Déchery et al., Nucl. Instrum. Meth. B 376, 125-130 (2016)
[3] R. Ferrer et al., Nat. Comm. 8, 14520 (2017)
[4] P. Chauveau et al., Nucl. Instr. Meth. B 376, 211-215 (2016)
[5] https://anr.fr/Project-ANR-20-CE31-0005
[6] https://anr.fr/Project-ANR-21-CE31-0001
[7] X.F. Yang et al., Prog. Part. Nucl. Phys. 129, 104005 (2023)

Contexte de travail

Le laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie est un laboratoire de physique sous tutelle du CNRS, de l'université Paris-Saclay et de l'université de Paris, né en 2020 de la fusion des cinq UMR situées sur le campus universitaire d'Orsay : le Centre de sciences nucléaires et de sciences de la matière (CSNSM), le laboratoire d'Imagerie et modélisation en neurobiologie et cancérologie (IMNC), l'Institut de physique nucléaire d'Orsay (IPNO), le Laboratoire de l'accélérateur linéaire (LAL) et le Laboratoire de physique théorique (LPT).
La thèse sera rattachée à l’école doctorale PHENIICS de l’Université Paris-Saclay. L’étudiant(e) fera partie du Pôle Nucléaire (équipe Spectroscopie, Décroissance et Fission) et travaillera en étroite collaboration avec les équipes des projets S3-LEB et FRIENDS3 qui comportent des chercheurs de plusieurs laboratoires internationaux.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Un long séjour au GANIL (d’au moins un an) sera nécessaire pour le travail de thèse. Des participations à des expériences à GSI, Darmstadt (Allemagne) et CERN-ISOLDE (Suisse) sont possibles.
Le projet de thèse implique le travail avec des lasers et du rayonnement ionisant. Le doctorant suivra les formations nécessaires pour maitriser ces activités en conditions de sécurité.