Thèse une Énigme de la Nucléosynthèse le Noyau Ta-180 H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes École doctorale : PHYS - Physique Laboratoire de recherche : Institut LAUE LANGEVIN Direction de la thèse : Caterina MICHELAGNOLI ORCID 0000000226616562 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-08T23:59:59 Le processus de nucléosynthèse conduisant au Ta-180, l'isotope « stable » le plus rare du système solaire, fait encore débat. Malgré d'importants efforts théoriques et expérimentaux, aucun mécanisme permettant de produire des quantités suffisantes de cet isotope n'a encore été identifié [1]. Le scénario le plus prometteur est celui d'une origine par processus s [2], mais la production de cet isotope par les processus p [3] et [4] a également été proposée. L'un des scénarios les plus probables dans le cadre de la nucléosynthèse par processus s est que, dans les conditions typiques de ce processus, le Hf-179 devient instable et subit une désintégration bêta, permettant la production de Ta\_m-180 par capture de neutrons sur le Ta-179 instable. Dans l'environnement stellaire chaud, l'état isomérique quasi-stable J^pi=9^- serait facilement détruit par la population, induite thermiquement, de l'état fondamental de courte durée de vie. Ce couplage thermique entre l'isomère et l'état fondamental a été démontré dans des expériences de photoactivation [5]. Cette expérience a démontré la possibilité d'une absorption photonique résonante via un état intermédiaire (EI) à une énergie de 1,01 MeV. Comme le soulignent les auteurs, la durée de vie obtenue reste longue par rapport aux durées typiques du processus s et une spectroscopie détaillée du Ta-180 est nécessaire pour identifier tous les EI potentiels. Afin de valider l'un des scénarios astrophysiques possibles, une mesure précise de la section efficace de la radioactivité du Ta-179 [6] et une étude structurale détaillée du Ta-180 sont nécessaires. Cette dernière sera possible grâce à l'utilisation d'une cible radioactive de Ta-179 avec l'instrument FIPPS, le nouvel instrument de spectroscopie gamma de l'Institut Laue-Langevin de Grenoble. Un faisceau de neutrons thermiques intense, bien collimaté et sans halo induit des réactions (n,gamma) sur la cible. Les rayons gamma émis sont détectés par un réseau de détecteurs clovers au germanium. Les multipolarités des transitions sont déterminées par des mesures de distribution angulaire du rayonnement gamma émis et la parité par polarimétrie Compton avec les détecteurs clover. Des écrans en BGO pour une meilleure suppression de l'effet Compton et des détecteurs en LaBr3(Ce/Sr) pour des mesures de la durée de vie des niveaux intermédiaires, jusqu'à quelques picosecondes, complètent le dispositif. La zone expérimentale de FIPPS est équipée d'une casemate dédiée, légèrement sous-pressurisée et ventilée par filtration, permettant ainsi l'utilisation de cibles radioactives [8]. La production de la cible radioactive de Ta-179 sera réalisée aux Laboratoires nationaux de Los Alamos. Des expériences utilisant les installations de ces laboratoires seront également menées, en complément de l'expérience FIPPS, afin de résoudre l'énigme de la nucléosynthèse en alimentant des calculs astrophysiques avec des données de haute sensibilité.

[1] F. Käppeler et al., Rep. Prog. Phys. 52 (1989) 945
[2] Zs. Németh et al., Astrophys. J. 392 (1992) 277
[3] M. Rayet et al., Astron. Astrophys. 298 (1990) 517
[4] S.E. Woosley et al., Astrophys. J. 356 (1990) 272
[5] D. Belic et al., Phys. Rev. Lett. 83 (1999) 5242
[6] K. Wisshak et al., Phys. Rev. Lett. 87 (2001) 251102
[7] M. Schumann and F. Käppeler, Phys. Rev. C 60 (1999) 025802
[8] N. Marginean et al., Phys. Rev. Lett. 125 (2020) 102502 La nucléosynthèse des noyaux lourds fait l'objet de nombreuses recherches expérimentales et théoriques. Les données obtenue avec des méthodes de spectroscopie à haute resolution sont un ingredient fondamental pour les calculs astrophysique et donc pour permettre la compréhension des phénomènes de nucléosynthèse.

Bac +5 en physique (sciences fondamentales)
Intérêt pour la recherche fondamentale
Possibilité de voyager (aux états unis notamment)