Thèse Etude des Noyaux Lourds de la Mesure de Masse à la Spectroscopie des Américium et Mise en Service du Double Piège de Penning Piperade à Desir H/F

Université Paris-Saclay GS Physique

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique
École doctorale : Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Image, Cosmos et Simulation
Laboratoire de recherche : DRF-Institut de Recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu)
Direction de la thèse : Barbara SULIGNANO
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-07-31T23:59:59

Le noyau atomique est un objet complexe dont l'étude reste particulièrement active plus d'un siècle après la découverte de son existence. Parmi les nombreuses questions encore ouvertes, celle des limites d'existence du noyau demeure centrale : quels sont les nombres de protons et de neutrons permettant la formation d'un noyau lié ? Cette question peut être abordée à l'aide de mesures de masses permettant d'accéder à l'énergie de liaison du noyau, une de ses propriétés les plus fondamentales. L'objectif de cette thèse est, d'une part, de réaliser une mesure de masse de haute précision des isotopes 234-238Am (Z = 95) à l'Université de Jyväsklyä, en Finlande (expérience prévue fin 2026/début 2027), et d'autre part de participer à l'installation et à la mise en service du double piège de Penning PIPERADE (PIèges de PEnning pour les RAdionucléides à DESIR) au GANIL à Caen. Les noyaux d'américium qui seront étudiés lors de cette thèse sont à la frontière entre deux régions présentant un intérêt particulier : la région de déformation octupolaire (noyaux en forme de poire) et la région des isomères de fission (états méta-stables du noyaux se désintégrant par fission), et la mesure de leur masse permettra de mieux comprendre les propriétés de ces noyaux exotiques. PIPERADE, quant à lui, est un dispositif permettant de réaliser des mesures de masses de haute précision. Aujourd'hui en phase de caractérisation à Bordeaux, son installation à GANIL (prévue en 2027) permettra d'étudier une large gamme de noyaux exotiques via la mesure de leur masse, mais aussi en utilisant des techniques de séparation permettant de purifier les faisceaux radioactifs avant de les envoyer à d'autres dispositifs expérimentaux. La première année de cette thèse se déroulera en Finlande, à l'Université de Jyväskylä, afin de préparer, réaliser et analyser l'expérience de mesure de masse dans les américium, puis les deux années suivante se dérouleront en France, afin de réaliser l'interprétation des résultats, et de participer à l'installation de PIPERADE au GANIL.
Cette thèse s'effectuera dans le cadre d'une co-tutelle internationale entre l'Université Paris-Saclay et l'Université de Jyväskylä. La première année se déroulera en Finlande, afin de préparer, réaliser et analyser l'expérience de mesure de masse des isotopes d'américium, puis les deux années suivantes se dérouleront en France, afin de réaliser l'interprétation des résultats et de contribuer à l'installation de PIPERADE au GANIL. Si le calendrier le permet, l'étudiant pourra également participer aux premières mesures de masse de noyaux exotiques avec PIPERADE à DESIR.

Le noyau atomique est un objet complexe dont l'étude reste particulièrement active plus d'un siècle après la découverte de son existence. Parmi les nombreuses questions encore ouvertes, celle des limites d'existence du noyau demeure centrale : quels sont les nombres de protons et de neutrons permettant la formation d'un noyau lié ?
La région des noyaux lourds, au-delà de l'uranium (Z = 92), et super-lourds, au-delà du rutherfordium (Z = 104), constitue une région de choix de la carte des noyaux pour aborder cette question. En effet, on y observe de nombreux phénomènes clefs pour la compréhension de la structure nucléaire : déformation, forts effets de couches, états isomériques, fission, radioactivités exotiques, etc. Cependant, l'étude de cette région demeure largement incomplète, notamment en raison de temps de vie souvent très courts et de la difficulté de production de ces isotopes, en particulier pour la région des noyaux super-lourds. Ainsi, réaliser des mesures de précisions sur les noyaux plus léger de cette région permet de mieux contraindre les modèles pour les noyaux les plus lourds.

Cette thèse vise à réaliser et analyser une expérience de mesure de masse des isotopes 234-238Am, puis à comparer ces résultats avec différents modèles théoriques afin d'interpréter ces résultats, notamment en terme de déformation de ces noyaux.
Afin de préparer de futures études de cette région de masse, cette thèse vise également à contribuer à l'installation et à la mise en service du double piège de Penning PIPERADE.