Vers une approche microscopique unifiée de la description de les structures et des réactions nucléaires

S. T. Hoang (1)

1 IPNO - Institut de Physique Nucléaire d'Orsay

This thesis contains 3 main parts: 1. Nuclear matter: The properties of nuclear matter are examined using finite range effective interactions, either derived from the Brueckner theory (M3Y-type interactions) or determined in a purely phenomenological way (Gogny-type interactions). Skyrme-type interactions are also used for comparison. The motivation of the study is to establish a link be- tween the bare NN interaction and nuclear matter properties via the e®ective Brueckner G-matrix parameterized in the M3Y form. We have concentrated our discussion on several main aspects: the pressure in symmetric nuclear matter and in neutron matter, the density dependence of the symmetry energy S, the neutron star cooling, and the nuclear matter incompressibility for the symmetric and asymmetric nuclear matter. 2. Structure of finite nuclei and of the inner crust of neutron stars: We present the non-relativistic HF and HF-BCS approaches in coordinate representation using finite-range density-dependent interactions in both the mean field and pairing channels. The method for solving the HF equations in coordinate space is presented. We limit the study to the spherical symmetry case. An iterative scheme is used for solving the integro-differential HF equations. We adopt the method of Brueckner-Gammel-Weizner which is free of poles in the local equivalent potentials, in contrast to the usually used Vautherin-Vénéroni method. Alternatively, we have developed a method using a basis of spherical Bessel functions. The latter method is useful for treating systems containing many nucleons in large boxes like the Wigner-Seitz (WS) cells of the neutron star inner crust. We have thus studied, using the e®ective interactions mentioned above, the doubly magic nuclei, the Sn isotopes, and the possible occurrence of bubble structures in the nuclei 22O, 34Si, 46Ar and 68Ar. We also present for the ¯rst time a study of Wigner-Seitz cells in the inner crust of neutron stars using ¯nite range interactions. We have thus examined the structures of the di®erent zones of the inner crust, from the lowest densities up to densities close to the vicinity of half saturation density where the spherical assumption breaks down. 3. Nuclear reactions: Using the same effective interactions derived from the M3Y-type interactions we have performed a coupled channel analysis of (p,n) charge exchange reactions at 35 and 45 MeV incident energies on 48Ca, 90Zr, 120Sn and 208Pb targets leading to isobaric analog states. The form factors are either calculated microscopically by the convolution model, or evaluated from the global optical potential taken from the literature. We have first determined the component of the CDM3Y6 interaction which depends on the isovector density by using the microscopic optical potential of Jeukenne, Lejeune and Mahaux, and then this was used for the folding model. Thus, we have been able to assess the validity of the component of CDM3Y6 which depends on the isovector density.

Cette thèse comporte 3 parties. 1. Matière nucléaire: Les propriétés de la matière nucléaire sont examinées à l'aide d'interactions effectives de portée finnie, soit dérivées de la théorie de Brueckner (interactions de type M3Y), soit purement phénoménologiques (forces de Gogny). Le but de ce travail est d'établir un lien entre l'interaction nucléon-nucléon nue et les propriétés de la matière nucléaire à travers la matrice G de Brueckner paramétrisée sous la forme M3Y. La discussion est concentrée sur les principaux aspects suivants: la pression dans la matière nucléaire symmétrique et la matière de neutrons, la dépendance en densité de l'énergie de symmétrie, le refroidissement des étoiles à neutrons, le module d'incompressibilité de la matière nucléaire symmétrique et non symmétrique. 2. Structure des noyaux et de la croute interne des étoiles à neutrons: Nous présentons les approches Hartree-Fock (HF) et HF-BCS en espace de coor- données dans le cas des interactions de portée finie avec dépendance en densité dans les voies particule-trou et particule-particule. La méthode de résolution est exposée. Nous nous limitons à la symétrie sphérique. Les équations intégro-différentielles self- consistantes sont résolues par itération. Nous utilisons la méthode de Brueckner- Gammel-Weizner qui permet d'éviter d'avoir des pôles dans les potentiels locaux équivalents, contrairement µa la méthode de Vautherin-Vénéroni. Nous développons aussi une méthode alternative de résolution utilisant une base de fonctions de Bessel sphériques. Cette dernière méthode est utilisée pour traiter des grands systèmes tels que les cellules de Wigner-Seitz (WS) dans les étoiles à neutrons. Nous avons ainsi étudié, à l'aide des différentes interactions mentionnées plus haut, les noyaux doublement magiques, les isotopes de l'étain et l'éventualité de structures en bulle dans les noyaux 22O, 34Si, 46Ar et 68Ar. Nous présentons aussi la première étude des cellules de WS dans la croûte interne des étoiles à neutrons faite avec des forces de portée finie. Nous avons ainsi examiné les structures correspondant aux diverses régions de la croûte interne allant des densités les plus faibles jusqu'aux environs de la demi-densité de saturation nucléaire. 3. Réactions nucléaires: Utilisant de même les interactions effectives dérivées de M3Y nous avons procédé à l'analyse en voies couplées des réactions d'échange de charge (p; n) sur des cibles de 48Ca, 90Zr, 120Sn et 208Pb aboutissant aux états isobariques analogues, pour des protons d'énergies incidentes de 35 MeV et 45 MeV. Les facteurs de forme sont calculés soit microscopiquement par le modèle de convolution, soit à partir du potentiel optique global nucléon-noyau de la littérature. Nous avons d'abord déterminé la partie dépendante de la densité isovectorielle de l'interaction CDM3Y6 en nous basant sur le potentiel optique microscopique de Jeukenne, Lejeune et Mahaux, puis l'avons utilisée dans le modèle de convolution. Ceci nous a permis de tester la validité de la partie dépendante de la densité isovectorielle de la force CDM3Y6.

Keywords: Structure des noyaux; réaction nucléaire; matière nucléaire

Domains: Nuclear Theory [nucl-th]

S. T. Hoang. Vers une approche microscopique unifiée de la description de les structures et des réactions nucléaires. Physique Nucléaire Théorique [nucl-th]. Université Paris Sud - Paris XI, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00488850⟩