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Fiche détaillée Thèses
Université Pierre et Marie Curie - Paris VI (19/10/2001), Indelicato Paul (Dir.)
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Spectroscopie X de Précision sur les Ions Lourds Multichargés et les Atomes Exotiques
Bruno Manil1

Dans ce travail de thèse, nous présentons quatre expériences, portant soit sur l'étude d'ions lourds hydrogenoïdes ou héliumoïdes, soit sur celle d'atomes exotiques, et qui se sont déroulées au Gesellschaft für Scherionenforchung (GSI) et à l'Institut Paul Scherrer (PSI).

Dans la première partie de ce manuscrit, nous décrivons, tout d'abord, un spectromètre à cristal courbe et en transmission, couplé à un détecteur germanium sensible en position. Cet ensemble, dédié à la mesure de l'énergie de photons X entre 50 et 100 keV et qui est destiné à être monté sur l'accélérateur du GSI, nous permettra, dans les années avenirs, de gagner un ordre de grandeur sur la précision de la mesure du déplacement de Lamb du niveau fondamental de l'uranium hydrogénoïde, afin de tester la QED en champ coulombien fort. Ensuite, nous détaillons une expérience qui nous permettra de donner bientôt une nouvelle valeur de la masse du pion chargé avec une incertitude relative de 1 ppm. Elle est basée sur une spectroscopie X de l'azote pionique, effectuée au PSI. Pour celle-ci nous utilisons un montage composé d'une trappe anticyclotronique, d'un spectromètre de Bragg en réflexion, possédant un cristal sphérique et d'un détecteur CCD refroidit. Ce dispositif permet également de tester la QCD et la théorie des perturbations chirales, par une mesure des transitions radiatives de l'hydrogène pionique.

La seconde partie est consacrée à une description d'une mesure la durée de vie d'un niveau métastable de l'or héliumoïde, grâce à une expérience de temps de vol, qui se déroule au GSI. Nous donnons, pour la toute première fois pour un Z si élevé, une valeur précise de cette durée de vie, qui constitue un test important de la théorie relativiste à n-corps.
1 :  LKB (Jussieu) - Laboratoire Kastler Brossel
rayons X – spectroscopie de Bragg – ions lourds – atomes exotiques – pion chargé – muon – QED – QCD

In this thesis, we present four experiments designed to study hydrogenlike and heliumlike heavy ions, or exotic atoms. These experiments have been run at the Gesellschaft für Scherionenforchung (GSI) and the Paul Scherrer Institut (PSI).

In the first part of this text, we begin with the description of a focusing, curved-crystal spectrometer in transmission geometry, coupled with a microstrip, germanium position-sensitive detector, which diffract X-ray photons in the range 50-100 keV. With this spectrometer, which can be mounted on the GSI accelerator, we will increase, by one order of magnitude, the accuracy on the measurement of the 1s Lamb shift in hydrogenlike uranium ions, in order to test QED in strong coulomb field. Next, we detail an experiment that will soon give a new value of the charged-pion mass with a relative accuracy of 1 ppm. For this one, we perform X-ray spectroscopy of pionic nitrogen, at PSI. The experimental set-up is made up of a cyclotron trap, a spherical Bragg-crystal focusing spectrometer, in reflection geometry, and a CCD, sensitive-position cooled detector. This set-up allows also test QCD and chiral perturbation theory by measurements of radiative transitions of pionic hydrogen.

The main subject of the second part is a lifetime measurement of a metastable state in heliumlike gold ions, by Beam Foil Spectroscopy. With this experiment, which provides an important test of relativistic many-body theory, we give, for the first time, an accurate value of the lifetime of this state for an ion with a Z larger than 64.