Contexte :

Le monde de l’infiniment petit est régi par les lois de l’interaction forte, l’une des quatre interactions fondamentales à l’origine de l’univers tel que nous le connaissons. Cette dernière est responsable de l’hadronisation des quarks en neutrons et en protons qui est le seul état liés de quarks. L’interaction qui s’exerce entre les nucléons eux-mêmes est le résidu à longue distance (de l’ordre du Fermi !) de l’interaction forte. C’est donc à la physique nucléaire ce que la force de Van der Waals est à la matière condensée. Les symétries fondamentales permettent d’en extraire une forme générale. Ces dernières années, de nombreux travaux ont été réalisés avec pour objectif de relier l’interaction forte (point de vue « haute énergie ») à l’interaction nucléaire (point de vue « basse énergie ») grâce à la théorie des champs effectifs. En effet, la théorie de l’interaction forte, la chromodynamique quantique (QCD), n’est pas perturbative aux énergies de la physique nucléaire. Toutefois, il reste à accomplir de nombreux progrès afin d’expliquer la physique des noyaux directement à partir de théories effectives s’inspirant du Lagrangien QCD.
La force au sein du noyau est, par définition, une somme d’interactions faisant intervenir un nombre différent de constituants, c.- à-d. de deux à A nucléons, la masse du noyau. Cependant, il existe une hiérarchie : l’interaction entre deux nucléons domine largement ; celle à trois nucléons bien que moins intense est également indispensable pour la description des noyaux. Quant aux interactions entre quatre nucléons et au-delà, il n’y a pas de réponse définitive. L’interaction nucléaire contient plusieurs composantes autorisées par les symétries du problème et classées selon leur action sur les orbitales, l’espace de spin et isospin, par exemple des termes centraux, des termes spin-orbite et des termes tenseurs. L’importance de ces différents termes et leurs rôles varient en fonction de la distance entre les nucléons. En général, trois domaines caractérisent l’interaction nucléaire: la courte, la moyenne et la longue distance. Contrairement à la moyenne et à la longue distance, l’interaction nucléaire manifeste une très forte répulsivité à courte distance.

Objectif de la thèse :

Dans le cadre de sa thèse, le doctorant s’intéressera à la partie tensorielle de l’interaction nucléaire et à son rôle dans la détermination des propriétés des états fondamentaux et excités des noyaux: déformations, masses et énergies d’excitation, spin, isospin etc… Il étudiera, entre autre chose, son impact sur l’appariement proton-neutron dans les noyaux impairs-impairs N=Z. L’existence de ce type d’appariement et sa manifestation dans les noyaux sont des questions importantes en physique nucléaire.

Déroulement de la thèse :

Pour avancer dans ce projet ambitieux, le doctorant utilisera une approche à N-corps développée dans le laboratoire depuis plusieurs années, la méthode de « mélange de configurations multiparticules-multitrous ». Cette approche, bien que très répandue dans d’autres domaines de la physique pour lesquels son application est plus aisée, est nouvelle en physique nucléaire. Elle possède l’avantage de prendre en compte l’ensemble des corrélations présentes dans le noyau (appariement, collectivités rotationnelle et vibrationnelle, couplage excitations individuelles et collectives), tout en conservant/préservant un maximum de symétries fondamentales. En outre, elle s’applique naturellement aux noyaux pairs-pairs, impairs et aussi impairs-impairs. Les premières applications de cette approche, aussi bien pour la structure que pour les réactions nucléaires, ont donné d’excellents résultats. Le sujet proposé se fera en collaboration avec des physiciens de l’Institut de Physique Nucléaire d’Orsay (Guillaume Hupin) et de l’Institute for Nuclear Theory de Seattle (Caroline Robin), qui sont experts à la fois dans les approches « ab initio » et de type champ moyen et au-delà. Pendant sa thèse, le doctorant acquerra une expertise dans le domaine du problème à N-corps nucléaire, à la fois sur les
aspects de l’interaction et des méthodes pour résoudre le problème à N-corps. Par ailleurs, le doctorant bénéficiera des moyens de calculs exceptionnels du CEA/DAM/DIF.

Directeur de thèse et école doctorale :

Nathalie PILLET – ED Particules, Hadrons, Energie, Noyau, Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation(PHENIICS) – ED 576 – Université Paris-Saclay

Contact :

Nathalie PILLET – CEA/DIF – Bruyères-le-Châtel – 91297 Arpajon – 01 69 26 40 00