L'étude de collisions entre protons relativistes et ions lourds a été l'objectif de plusieurs années d'expériences au GSI (Darmstadt). Les réactions de 'spallation' ont été mesurées en cinématique inverse, par l'utilisation de faisceaux d'ions lourds accélérés à des énergies relativistes et envoyés sur une cible d'hydrogène liquide. Les produits de réactions ont été ensuite analysés en masse et en numéro atomique par le champ magnétique du spectromètre FRS (FRagment Separator), qui a permis une mesure à haute résolution de la vitesse de chaque particule identifiée.

      Cette technique expérimentale a été utilisée pour étudier le mode de formation des fragments légers dans la spallation du xénon 136, un noyau de composition isotopique proche au Plomb 208 mais de masse inférieure, qui exclue le processus de fission symétrique. La mesure des éléments légers avec un spectromètre a requis d'introduire une nouvelle méthode d'investigation basée sur la haute résolution de la mesure des vitesses.

      Il en ressort que les fragments légers ont été décrits comme issus de fluctuations entre deux mécanismes principaux: soit un mode du type fission, où deux fragments de tailles très différentes sont formés, soit un mode du type 'multifragmentation', où plusieurs fragments de tailles comparables sont formés simultanément. La technique expérimentale a conduit à un très haut niveau de précision dans les données: il a été possible d'extraire la probabilité de production d'un fragment donné, identifié en masse et en numéro atomique, en fonction de sa vitesse d'émission et en fonction de son mécanisme de formation.

      En profitant du large nombre d'isotopes identifiés, les caractéristiques des fragments de fin de chaîne de désexcitation ont été mesurés et ils ont donné des contraintes sur les produits de réactions les plus lourds: ces derniers constituent une sonde fondamentale pour la thermodynamique des systèmes nucléaires finis. Un deuxième résultat a été la description de comment la séquence de décroissances secondaires, qui refroidit les produits de réactions tièdes, se reflète dans la distribution des nucléides et crée des structures complexes. La présence de ces effets est aussi la conséquence d'un processus de perte de connexion entre le processus violent de montée en excitation du système nucléaire et du processus de refroidissement. Néanmoins, grâce à la haute résolution de la mesure, des signaux de cette connexion ont été retrouvés dans la cinématique, ce qui a été exploité comme un indicateur de paramètre d'impact dans la collision.

      En s'appuyant sur l'ensemble d'observables mesurées, il a été possible de confirmer que les deux modes de formation des noyaux légers correspondent à deux mécanismes très différents. Cela suggère que les caractéristiques de ces deux modes sont compatibles avec la phénoménologie des transitions de phases attendue pour des systèmes nucléaires chauds. Le mode du type fission présente les caractéristiques d'une transition de phase liquide-fission avec une chaleur latente qui s'annule; le mode de 'multifragmentation' est qualitativement en accord avec l'observation d'une distribution bimodale du fragment le plus lourd: des études récentes à plus basse énergie accumulent de plus en plus des arguments pour considérer ce comportement comme une observable robuste pour une transition de phase liquide-gaz.

P. Napolitani, L. Tassan Got