Description du sujet de thèse

Les noyaux lourds et super-lourds (SHE) se trouvent en haut de la charte des noyaux. Ils n'existent que grâce à un équilibre fragile entre la forte répulsion coulombienne entre les nombreux protons du noyau, qui tend à faire fissioner le système, et l'interaction forte entre les différents nucléons, qui tend à le lier. Les questions fondamentales qui restent sans réponse sont les suivantes : Quelle est la nature des interactions dans le noyau ? Quel est le nombre maximal de protons, Z, qu'un noyau peut supporter ? Existe-t-il un îlot ultime de stabilité accrue pour les éléments super-lourds ?
Une classe de calculs de champ moyen pour ces éléments [1] prédit un gap substantiel dans le spectre des niveaux d'énergie des nucléons individuels pour un nombre de neutrons N=126 et un nombre de protons Z=92 (218U). Cela contredit une extrapolation des énergies des particules individuelles obtenue à partir des niveaux d'énergie mesurés dans les isotones N=126 les plus légers connus jusqu'au 216Th [2] et soulève la question de la double magicité du 218U. Elle soulève également des questions sur la validité des prédictions concernant la structure des SHE. Afin de mieux comprendre l'organisation et les corrélations des nucléons au voisinage de 218U, une expérience visant à étudier 217Pa au Laboratoire du Cyclotron de l'Université de Jyvävskylä en Finlande a récemment été proposée. L'expérience a été acceptée et elle est programmée fin 2025. Seuls 2 états sont connus dans le noyau 217Pa: l’état fondamental et un état métastable émetteur alpha. Il s’agira, grâce à des techniques de spectroscopie alpha, gamma et d’électrons de conversion interne au plan focal du séparateur d’ions de recul RITU, de mettre en évidence d’autres états et d’étudier la séquence et les propriétés des premiers états excités du 217Pa.
Les découvertes récentes de SHE n'impliquent que quelques événements. L'attribution de leur masse et de leur charge repose sur le calcul de la fonction d'excitation pour la réaction et la mesure de leur désintégration alpha, avec des bombardements croisés comme contrôle de cohérence. Cependant, une voie d'évaporation systématique et non détectée de particules chargées [3] modifierait l'attribution. Ainsi, bien que les éléments de numéro atomique Z=113, 115, 117 [4] et 118 [5] aient été assignés au tableau périodique des éléments chimiques, complétant la septième rangée, il n'y a pas de preuve directe de leur numéro atomique, Z. Les rayons X sont une empreinte digitale du numéro atomique d'un noyau puisque l'énergie des rayons X est proportionnelle à la charge atomique Z. Notre groupe est donc impliqué dans le développement et la mise à niveau du système de détection SIRIUS [6] dédié à la spectroscopie des éléments super-lourds. SIRIUS sera utilisé au plan focal du séparateur à recul S3 [7] dans la nouvelle installation SPIRAL2 au GANIL, en France. Les premières expériences de commissioning devraient avoir lieu courant 2026. Le doctorant participera aux différents tests optiques du séparateur et des premiers tests de SIRIUS en ligne. Le projet SHEXI (SuperHeavy Element X-ray Identification) [8] vise à améliorer l'efficacité de détection d'un facteur dix aux énergies de rayons X L et la résolution intrinsèque d'un facteur vingt par rapport aux performances actuelles de SIRIUS. L'amélioration proposée permettra d'identifier sans ambiguïté le numéro atomique des SHE récemment découverts grâce à des mesures de rayons X L. Le doctorant sera amené à participer aux tests des detecteurs prototypes et à qualifier leur performance.
La thèse proposée comporte trois parties :
1. Préparation et réalisation de l'expérience à Jyväskylä, analyse et interprétation des données spectroscopiques du 217Pa
2. Participation à la mise en service de SIRIUS et S3 au GANIL. La mise en service devrait avoir lieu courant 2026 en utilisant des réactions de fusion-évaporation connues [9] et des techniques d'analyse similaires à celles qui seront utilisées pour l'expérience 217Pa.
3. Participation aux développements en lien avec le projet SHEXI pour l’améloiration de SIRIUS.

[1] K. Rutz et al., Nucl. Phys. A 634, 67 (1998)
[2] K. Hauschild et al., Phys. Rev. Lett. 87, 072501 (2001)
[3] A. Lopez-Martens, et al., Phy. Lett. B 795 (2019) 271
[4] P.J. Karol, et al., Pure and Applied Chemistry 88 (2016) 139
[5] P.J. Karol, et al., Pure and Applied Chemistry 88 (2016) 155
[6] B.J.P. Gall, et al., Acta Phys. Pol. B 42 (2011)
[7] F. Déchery, et al., Nucl. Instr. and Meth. B 376 (2016) 125
[8] K. Hauschild, Acta Phys. Pol. B 18 (2025) 2-A28
[9] K. Hauschild, et al., Nucl. Instr. and Meth. A 608 (2006) 388, R. Chakma, et al., Eur. Phys. J. A 56 (2020) 245

Contexte de travail

Le laboratoire Irène Joliot-Curie (IJCLab) géré par le CNRS, l'université Paris-Saclay et l'université de Paris est situé sur le campus d'Orsay de l'université Paris-Saclay, à 30 km au sud de Paris et accessible par les transports en commun. Le personnel est constitué de plus de 500 membres permanents (chercheurs, enseignants, ingénieurs, techniciens et administratifs) et de 200 membres non-permanents (dont 100 doctorants). Les thèmes de recherche du laboratoire comprennent la physique nucléaire, la physique des hautes énergies, la physique théorique, les astroparticules, la cosmologie, les accélérateurs de particules, l'énergie et la santé. L'IJCLab dispose de toutes les capacités techniques pour concevoir, développer et mettre en œuvre les dispositifs expérimentaux nécessaires à son activité scientifique.
Le doctorant travaillera dans le groupe Spectroscopie-Décroissance-Fission du Pôle Nucléaire du laboratoire, qui compte une dizaine de physiciens (chercheurs, post-docs et doctorants), qui réalisent leurs expériences sur la structure du noyau atomique dans différents laboratoires à travers le monde. Le travail sera réalisé en collaboration avec l’IPHC, le GANIL et l’IRFU-CEA.
IJCLAB fonde sa politique de recrutement sur la promotion de l'égalité, de la diversité et de l'inclusion. Valeurs essentielles, elles permettent le développement professionnel des agents, véritables acteurs d'une réussite collective, mais également le développement du laboratoire lui-même.

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

Des déplacements de plusieurs semaines à Jyväskylä (Finlande) et à Caen auront lieu pendant la thèse.