Thèse Année : 2023

Dynamics of cluster prοductiοn in Χe+Sn cοllisiοns between 32 and 150 A ΜeV

Dynamique de production des clusters dans les collisions de Xe+Sn entre 32 et 150 A MeV

Tom Genard
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1358528
  • IdRef : 276119614

Résumé

Heavy-ion collisions are the best tools we have at our disposal for studying nuclear matter. In particular, the studyof clusters, light aggregates of nucleons, is a key ingredient in understanding and constraining the parameters of theequation of state of nuclear matter. During these collisions, the system undergoes compression, followed by expansion.A significant number of light and intermediate clusters are emitted during these collisions. But we don’t know whetherthey are formed during the system’s compression or expansion phase. Several transport models nevertheless attempt topredict cluster formation, based on dynamical theories. These are based on a variety of assumptions and approximations,as there is no single theoretical framework for studying dense matter. Understanding cluster production is also crucialwhen modeling compact astrophysical objects, such as neutron stars and type II supernovae. The analysis carried outduring this thesis will focus on the characterization of clusters formed during Xe+Sn collisions, at intermediate incidentenergies between 32 and 150 A MeV. These data were collected at GSI and GANIL, using the INDRA multidetector.They are compared with a semi-classical model, ELIE.First, we will characterize the participant zone in Xe+Sn collisions, at an incident energy of 100 A MeV. This zoneemits clusters, which may reflect the conditions of the nuclear environment at the time of their formation. Isospin effectswill be of particular interest. We will compare cluster production for four systems : 129,124Xe + 112,124Sn. The totalmixing of target and projectile contributions is observed, based on a production hierarchy that depends on the total N/Zratio of the system. A significant effect of centrality on the production of heavy clusters is also observed.The second part of this analysis focuses on the dynamic characterization of clusters in the participant zone. Compressionof the participant zone during collision results in radial expansion, contributing to the transverse kinetic energyof the clusters. In our analysis, we postulate that this contribution is the only one dependent on density. It can beextracted from the kinetic energy, and is used to estimate the maximum density reached during the collision. It is calculatedhere for 129,136Xe + 124Sn systems from 32 to 150 A MeV. The maximum densities calculated far exceed thesaturation density, reaching up to 2 times the saturation density for an incident energy of 150 A MeV. These results arecompatible with those of published transport models (BNV, pBUU, TDHF). A maximum density calculation, performedwith BUU@VECC-McGill for our studied systems, reproduces our results beyond 65 A MeV.These experimental results, characterizing clusters and their production, can impose important constraints on transportmodels.
Les collisions d’ions lourds sont les meilleurs outils dont nous disposons pour étudier la matière nucléaire. En particulier,l’étude des clusters, des agrégats légers de nucléons, constitue un ingrédient clé à la compréhension et à la contraintedes paramètres de l’équation d’état de la matière nucléaire. Lors de ces collisions, le système subit une compression,suivi d’une expansion. Une quantité importante de clusters légers et intermédiaires est émise lors de ces collisions. Maisnous ne savons pas s’ils sont formés lors de la phase de compression, ou d’expansion, du système. Plusieurs modèlesde transport tentent néanmoins de prédire la formation des clusters, à partir de théories dynamiques. Elles reposentsur diverses hypothèses et approximations, car il n’existe pas de cadre théorique permettant d’étudier la matière dense.La compréhension de la production de clusters est également cruciale lors de la modélisation d’objets astrophysiquescompacts, comme les étoiles à neutrons et les supernovae de type II. L’analyse réalisée lors de cette thèse portera sur lacaractérisation des clusters formés lors de collisions de Xe+Sn, à des énergies incidentes intermédiaires, entre 32 et 150A MeV. Ces données ont été collectées à GSI et au GANIL, par le multidétecteur INDRA. Elles sont comparées à unmodèle semi-classique, ELIE.Dans un premier temps, nous allons caractériser la zone participante lors de collisions de Xe+Sn, à une énergieincidente de 100 A MeV. Cette zone émet des clusters, qui peuvent refléter les conditions du milieu nucléaire lors de leurformation. Les effets d’isospin vont être d’intérêt particulier. Nous allons ainsi comparer la production de clusters pourquatre systèmes : 129,124Xe + 112,124Sn. Le mélange total des contributions provenant de la cible et du projectile estobservé, à partir d’une hiérarchie de production dépendant du rapport N/Z total du système. Un effet important de lacentralité sur la production de clusters lourds est également observé.La seconde partie de cette analyse porte sur la caractérisation dynamique des clusters dans la zone participante.La compression de la zone participante lors de la collision se traduit par un mouvement d’expansion radial, contribuantà l’énergie cinétique transverse des clusters. Dans notre analyse, nous postulons que cette contribution est la seuledépendante de la densité. Elle peut être extraite de l’énergie cinétique, et permet d’estimer la densité maximale atteintelors de la collision. Elle est ici calculée pour des systèmes 129,136Xe + 124Sn de 32 à 150 A MeV. Les densités maximalescalculées dépassent largement la densité de saturation, atteignant jusqu’à 2 fois la densité de saturation pour une énergieincidente de 150 A MeV. Ces résultats sont compatibles avec les résultats de modèles de transports publiés (BNV, pBUU,TDHF). Un calcul de la densité maximale, réalisé avec BUU@VECC-McGill pour nos systèmes étudiés, reproduit nosrésultats au-delà de 65 A MeV.Ces résultats expérimentaux, caractérisant les clusters et leur production, peuvent imposer des contraintes importantessur les modèles de transport.
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Citer

Tom Genard. Dynamique de production des clusters dans les collisions de Xe+Sn entre 32 et 150 A MeV. Physique [physics]. Normandie Université, 2023. Français. ⟨NNT : 2023NORMC269⟩. ⟨tel-04483956⟩
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