Thermal Bremsstrahlung probing nuclear multifragmentation in nucleus-nucleus collisions around the Fermi energy
Bremsstrahlung thermique comme sonde de la multifragmentation nucléaire dans les collisions noyau-noyau aux énergies de Fermi
Résumé
The thermodynamical properties of nuclear matter at moderate temperatures and densities, in the vicinity of the predicted nuclear liquid-gas phase transition, are studied using as experimental probe the hard-photons (E_gamma > 30 MeV) emitted in nucleus-nucleus collisions. Photon and charged-particle production in four different heavy-ion reactions (36Ar+197Au, 107Ag, 58Ni, 12C at 60A MeV) is measured exclusively and inclusively coupling the TAPS photon spectrometer with two charged-particle and intermediate-mass-fragment detectors covering nearly 4pi.
We confirm that bremsstrahlung emission in first-chance (off-equilibrium) proton-neutron collisions (pn gamma) is the dominant origin of hard photons. We also firmly establish the existence of a thermal radiation component emitted in second-chance proton-neutron collisions. This thermal bremsstrahlung emission takes place in semi-central and central nucleus-nucleus reactions involving heavy targets. We exploit this observation i) to demonstrate that thermal equilibrium is reached during the reaction, ii) to establish a new thermometer of nuclear matter based on bremsstrahlung photons, iii) to derive the thermodynamical properties of the excited nuclear sources and, in particular, to establish a ``caloric curve" (temperature versus excitation energy) and iv) to assess the time-scales of the nuclear break-up process.
We confirm that bremsstrahlung emission in first-chance (off-equilibrium) proton-neutron collisions (pn gamma) is the dominant origin of hard photons. We also firmly establish the existence of a thermal radiation component emitted in second-chance proton-neutron collisions. This thermal bremsstrahlung emission takes place in semi-central and central nucleus-nucleus reactions involving heavy targets. We exploit this observation i) to demonstrate that thermal equilibrium is reached during the reaction, ii) to establish a new thermometer of nuclear matter based on bremsstrahlung photons, iii) to derive the thermodynamical properties of the excited nuclear sources and, in particular, to establish a ``caloric curve" (temperature versus excitation energy) and iv) to assess the time-scales of the nuclear break-up process.
Cette thèse aborde l'étude des propriétés thermodynamiques de la matière nucléaire portée à températures et densités où l'on s'attend à observer la transition de phase liquide-gaz nucléaire. Les photons durs (E_gamma > 30 MeV) émis dans des collisions noyau-noyau sont utilisés comme sonde expérimentale. La production des photons et particules chargées dans quatre réactions d'ions lourds différentes (36Ar+197Au, 107Ag, 58Ni, 12C à 60 A MeV) a été mesurée de façon exclusive et inclusive en couplant le spectromètre de photons TAPS avec deux autres détecteurs de particules légères et de fragments de masse intermédiaire couvrant quasiment la totalité de l'angle solide.
Nos résultats confirment l'origine dominante des photons durs comme étant due au rayonnement de freinage émis dans les collisions proton-neutron (pn gamma) de première chance (hors équilibre). Nous établissons aussi de façon définitive l'existence d'une composante de radiation thermique dans le spectre photon mesuré dans les sytèmes lourds, et attribuons son origine au rayonnement de freinage émis dans les collisions p-n de deuxième-chance.
Nous exploitons cette observation pour i) démontrer que la matière nucléaire atteint un équilibre thermique lors de la réaction, ii) valider un nouveau thermomètre basé sur les photons du rayonnement de freinage, iii) déduire les propriétés thermodynamiques de la matière nucléaire chaude (en particulier, pour établir la "courbe calorique") et iv) évaluer les échelles de temps du processus de fragmentation nucléaire.
Nos résultats confirment l'origine dominante des photons durs comme étant due au rayonnement de freinage émis dans les collisions proton-neutron (pn gamma) de première chance (hors équilibre). Nous établissons aussi de façon définitive l'existence d'une composante de radiation thermique dans le spectre photon mesuré dans les sytèmes lourds, et attribuons son origine au rayonnement de freinage émis dans les collisions p-n de deuxième-chance.
Nous exploitons cette observation pour i) démontrer que la matière nucléaire atteint un équilibre thermique lors de la réaction, ii) valider un nouveau thermomètre basé sur les photons du rayonnement de freinage, iii) déduire les propriétés thermodynamiques de la matière nucléaire chaude (en particulier, pour établir la "courbe calorique") et iv) évaluer les échelles de temps du processus de fragmentation nucléaire.