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Physique nucléaire

DYNAMIQUE & THERMODYNAMIQUE NUCLEAIRE

L’étude et la caractérisation de l’équation d’état de la matière nucléaire

Equation d'état de la matière nucléaire symétrique (courbes du bas) et de la matière de neutrons (courbes du haut) suivant différentes interactions nucléaires effectives.

L'équation d'état de la matière nucléaire

L’équation d’état détermine la réponse des noyaux atomiques soumis à des excitations externes comme rencontrées lors des collisions entre noyaux (pression et température), ainsi que celle de la matière nucléaire lors de la phase d’effondrement des supernovæ de type II (supernovae dite à effondrement de coeur).

Diagramme de phase de la matière nucléaire

L’équation d’état détermine également le diagramme des phases de la matière nucléaire, notamment en ce qui concerne les points critiques et les frontières (transitions) entre les phases liquide, liquide-gaz et gaz.

Diagramme des phases de la matière nucléaire dans le plan densité-température. La phase liquide se trouve à droite pour les densités les plus élevées et la phase gazeuse à gauche. La zone en bleu définit la zone de coexistence entre la phase liquide et gaz.
Dépendance en densité de l'énergie de symétrie S(ρ). La densité est ici exprimée en fraction de la densité de saturation ρ0. Les différentes courbes montrent les prédictions théoriques attendues. La zone en turquoise donnent les contraintes obtenues expérimentalement. Extrait de B. Brown, Physical Review Letters 85 (2001).

L'équation d'état dans le contexte astrophysique

L’équation d’état de la matière nucléaire est également cruciale pour la description d’objets stellaires compacts comme les étoiles à neutrons dans le contexte astrophysique.

INDRA / FAZIA

Le point fort de FAZIA est de permettre l’identification complète, en terme de numéro atomique Z et masse A de l’ensemble des produits de réaction entre Z=1 et Z=20-25. Cette performance est unique en son genre et ne peut être actuellement dépassée qu’en utilisant un spectromètre magnétique, au prix de réglages qui s’avèrent souvent complexes.

INDRA-FAZIA
INDRA (à gauche) et FAZIA (à droite) dans la chambre à vide de la salle D5 au GANIL lors de l'expérience E789.

Expérience E789 : dépendance en densité de l'énergie de symétrie​

Une première expérience INDRA-FAZIA a été réalisé en Avril-Mai 2019 au GANIL, il s’agit de l’expérience E789. Celle-ci a été couronnée de succès et a permis de récolter des données de haute qualité avec une grande statistique (plus de 60 millions d’événements). 

Production de cluster dans la matière nucléaire chaude et diluée

Il s’agit d’une expérience visant à élargir nos connaissances sur la production de clusters (noyaux légers de masse inférieure à 15) dans le milieu nucléaire chaud et peu dense (ρ<ρ0/6), tel que rencontré dans les phases d’effondrement des supernovæ.
Constantes d'équilibre chimique en fonction de la densité pour six noyaux légers (clusters) obtenues par la collaboration INDRA. Les zone en grisé donnent les prédictions théoriques d'un modèle relativiste de champ moyen (RMF) tenant compte des effets de milieu nucléaire.
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