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The connection between phase shifts and the ANC has been explored in the frame of the effective range theory. The main result is that, in practice and under rather simple requirements, scattering states (phases shifts) can be correctly described and connected with bound states via the effective range function, and therefore, ANCs can be accurately determined thanks to the analytic properties of this function. This result has an important impact in stellar evolution due to the ANC and phases shifts are directly connected with capture cross sections which, for instance, determine partially the stage and evolution of stars.As a first step, the effective range function is approximated via the effective range expansion which shows that a successful phase-shift description depends on how precise the effective range parameters are determined. Thus, a technique to compute accurately these parameters is developed here. Its construction is based on a set of recurrence relations at low energy, that allows a compact and general description of the truncatedeffective range expansion. Several potential models are used to illustrate the effectivenessof this technique and to discuss its numerical limitations. The results shows that a very good precision of the effective-range parameters can be achieved; nevertheless, to describe experimental phase shifts several effective-range parameters can be needed, which shows a limitation for practical applications.As a second step, the effective range function is analyzed theoretically in an arbitrary energy range. This analysis shows that this function can be decomposed in such a way that contributions of bound states, resonances and background can be separated in a similar way as in the phenomenological R-matrix. In this new form experimental data can be better fitted because the free parameter space is reduced considerably,and therefore, extrapolations are better handled. By construction, the method agrees with the scattering matrix properties which allows a simple calculation of resonances (locations and widths) and asymptotic normalization constants (ANCs). Several tests are successfully performed via potential models. Phase shifts for the 2 + partial wave of the 12C+α are analyzed with this method. They are correctly described including bothresonances at Ec.m. = 2.7 and 4.4 MeV. For the 6.92 MeV (2+) exited state of 16O, the ANC estimation 112(8) × 10 3 fm^−1/2 is obtained taking into account statistical errors., Doctorat en Sciences, info:eu-repo/semantics/nonPublished

In this work, we theoretically study the properties of diatomic molecular systems, their dynamics, and the control thereof through the use of laser fields. We more specifically study three compounds:1) HeH+, a species of great astrochemical importance which is thought to be the first molecular species to have formed in the universe;2) CO2+, a metastable dication of particular interest in quantum control experiments due to its long-lived lowest vibrational level;3) 41K87Rb, a polar molecule that can be formed at very low temperature and trapped, making it a good candidate for quantum computing schemes.First, we use ab initio methods to compute accurate potential energy curves for the lowest singlet and triplet states of HeH+ as well as the potential energy curves, transition dipole moments and nonadiabatic radial couplings of the ground 3Π state of CO2+ and of its 11 lowest 3Σ- states.In a second step, we use this ab initio data to compute the photodissociation and radiative association cross sections for the a and b 3Σ+ states of HeH+, as well as the values of the corresponding rate constants for astrophysical environments. The photodissociation cross sections from the lowest vibrational level of CO2+ is also determined.Going one step further, we optimize laser control fields that drive the photodissociation dynamics of HeH+ and CO2+ towards specific channels. We compare two field optimization methods: a Møller operator-based Local Control approach and Optimal Control Theory. In both cases, we add a constraint that minimizes the area of the optimized fields.Finally, we focus on one of the potential applications of high-fidelity laser control: the use of small molecular systems as quantum computers. We more specifically study the potential implementation of both intra- and intermolecular logic gates on data encoded in hyperfine states of trapped ultracold polar 41K87Rb molecules, opening interesting perspectives in terms of extensibility./Dans cette thèse, nous étudions théoriquement les propriétés de molécules diatomiques, leur dynamique de réaction ainsi que le contrôle de cette dynamique à l'aide de champs laser. Notre travail porte plus spécifiquement sur trois espèces :1) HeH+, un composé-clé en astrochimie considéré comme la première espèce moléculaire qui s'est formée dans l'univers ;2) CO2+, un dication métastable qui se prête bien à des expériences de contrôle quantique en raison du relativement long temps de vie de son état vibrationnel le plus bas ;3) 41K87Rb, une molécule polaire qui présente la particularité de pouvoir être formée à très basse température et piégée, ce qui en fait un bon support physique potentiel pour la réalisation d'un ordinateur quantique moléculaire. Nous utilisons tout d'abord des méthodes de calcul ab initio afin d'obtenir les courbes d'énergie potentielle des premiers états singulets et triplets de HeH+ avec un haut de degré de précision, ainsi que les courbes d'énergie potentielle, les moments dipolaires de transition et les couplages non-adiabatiques radiaux de l'état fondamental 3Π de CO2+ et de ses 11 premiers états 3Σ-.Ensuite, nous utilisons ces données ab initio pour calculer les sections efficaces de photodissociation et d'association radiative des états a et b 3Σ+ de HeH+, ainsi que les constantes cinétiques associées à ces processus dans les conditions rencontrées dans des environnements astrophysiques. Les sections efficaces de photodissociation du niveau vibrationnel le plus bas de CO2+ sont également calculées. Nous allons ensuite un cran plus loin en optimisant des champs laser qui guident la dynamique de photodissociation de HeH+ et CO2+ vers des canaux de dissociation spécifiques. Nous comparons deux méthodes d'optimisation de ces champs: une approche de contrôle local basée sur les opérateurs de Møller et la théorie du contrôle optimal. Dans le deux cas, nous incluons une contrainte qui minimise l'aire des champs. Enfin, nous nous concentrons sur l'une des applications possibles du contrôle laser à haute fidélité :l'utilisation de petits systèmes moléculaires comme ordinateurs quantiques. Nous étudions plus spécifiquement l'implémentation possible d'opérations logiques intra- et intermoléculaires sur des données encodées dans des états hyperfins de molécules de 41K87Rb piégées, ce qui ouvre des perspectives intéressantes en terme d'extensibilité., Doctorat en Sciences, info:eu-repo/semantics/nonPublished

Durant le milieu des années quatre-vingt, le développement des faisceaux radioactifs a permis l’étude de noyaux exotiques situés à la limite de la stabilité nucléaire. Parmi ceux-ci, l’6He possède une structure particulière constituée d’un cœur α et de deux neutrons de valence faiblement liés. Il fait partie des noyaux à halo. Il s’agit également d’un système possédant au moins un état lié à trois amas (α+n+n) alors qu’aucun des sous-systèmes à deux amas (α+n ou n+n) n’est lié. Un tel système est dit borroméen. Deux autres exemples de systèmes borroméens sont le 9Be=n+α+α et le 12C=α+α+α. Les noyaux borroméens possèdent un ou deux états liés dont les propriétés sont maintenant bien connues. En revanche, les propriétés des états du continu le sont moins. Il existe aussi des systèmes à trois amas non liés mais caractérisés par une ou plusieurs résonances étroites à basse énergie. Par exemple, nous pouvons citer le 6Be=α+p+p et le 9B=p+α+α qui sont les noyaux miroirs de l’6He et du 9Be. L’étude des états du continu à trois corps est un sujet important de la recherche en physique nucléaire actuelle.D’un point de vue théorique, les modèles en amas permettent de décrire les noyaux possédant une structure à plusieurs corps. En particulier, les modèles en amas microscopiques tiennent compte de tous les nucléons et le principe de Pauli est traité de manière exacte à l’aide de l’opérateur d’antisymmétrisation. Les modèles microscopiques, plus réalistes, requièrent de longs temps de calculs et sont difficiles à implémenter.Dans le présent travail, nous avons développé une méthode de calcul semi-analytique plus rapide et plus précise qu’une méthode purement numérique. Notre modèle est basé sur la méthode des coordonnées génératrices dans le formalisme hypersphérique. Les états du continu sont étudiés à l’aide de la méthode des déphasages. Ces derniers sont obtenus à partir de la méthode de la matrice R microscopique.Avec ce modèle, nous avons étudié les effets d’antisymmétrisation dans les noyaux d’6He, 6Be, 9Be, 9B et 12C. Nous avons montré que ces effets restent non négligeables mêmes à grandes distances dans le cas des noyaux 9Be, 9B et du 12C. Nous avons ensuite étudié les états du continu du 6He et du 6Be. Nous avons déterminé des valeurs théoriques pour les propriétés des résonances connues expérimentalement. Nos résultats sont en bon accord avec l’expérience. Nous avons également observé des structures larges dans les déphases associés aux états 0+ et 1- de l’6He et 1- du 6Be.Finalement, nous avons étudié les états du 12C à travers la collision 8Be+α. Dans notre calcul, le 8Be est considéré comme un système comportant deux amas α. Nous avons montré que les états 2+ et 4+ du 8Be devaient être pris en compte pour une étude appropriée des états 0+, 2+ et 4+ du 12C., Doctorat en Sciences, info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse a été réalisée dans le cadre du LHC (Large Hadron Collider). Le LHC produit des collisions proton-proton avec une énergie dans le centre de masse de 7 TeV au CERN depuis mars 2010. C'est le collisionneur doté de la plus grande énergie dans le centre de masse et de la plus grande intensité de faisceaux jamais construit ;ce qui permet de pouvoir rechercher des processus physiques très rares associés à des énergies encore jamais atteintes. L'expérience CMS (Compact Muon Solenoid), au LHC, est un détecteur généraliste pour de nombreuses études de physique. CMS va fournir un outil très précieux pour tester la physique à l'échelle du TeV. Il possède des caractéristiques qui en font un excellent détecteur pour la reconstruction et la mesure des leptons.Le Modèle Standard de la physique des particules élementaires décrit les particules élementaires et trois des quatre interactions fondamentales (l'électromagnétisme, la force faible et la force forte). La volonté de décrire les quatre forces fondamentales en une seule et même théorie, ainsi que des insuffisances du Modèle Standard, ont mené les physiciens à élaborer de nouvelles approches théoriques. Plusieurs de ces théories prédisent l'existence de nouveaux bosons massifs, pouvant se désintégrer en une paire de leptons chargés. L'objet de cette thèse est la recherche de tels bosons massifs se désintégrant en une paire ee ou e-mu dans le détecteur CMS, en utilisant les données prises au LHC en 2010 (35 pb-1) et en 2011 (3.35 fb-1).A priori, les canaux dileptoniques sont appropriés pour rechercher des signaux de nouvelle physique dans la phase de démarrage d'un collisionneur hadronique. Néanmoins, il est important de vérifier que la réponse du détecteur, décrite par les simulations détaillées de celui-ci, est conforme aux attentes. Ceci constitue une partie importante de ma thèse. J'ai mis en évidence au cours de ce travail, au moyen de simulations par Monte Carlo, que le processus t-tbar contribuait de façon significative au bruit de fond pour les paires de leptons de même saveur, juste après le processus de Drell-Yan par ordre d'importance. Je me suis alors consacré à l'étude de ce bruit de fond et à la vérification des prédictions des simulations à partir des données. J'ai mis en place une méthode originale de mesure du bruit de fond dileptonique, incluant le t-tbar, en exploitant le taux d'embranchement des processus dileptoniques en paires e-mu, deux fois plus important que le taux d'embranchement en paires de leptons de mêmes saveurs. Cette méthode, appelée la méthode e-mu, a permis de vérifier avec précision la prédiction des générateurs pour la simulation des processus dileptoniques dans le canal e-mu en 2010. Enfin, cette expertise m'a permis de rechercher une résonance dans le spectre de masse des paires e-mu en 2011 et de mettre des limites sur un modèle particulier à dimensions supplémentaires prédisant la coexistence de nouveaux bosons massifs dont certains se désintègrent sans conserver les nombres leptoniques. Pour ce modèle particulier, des limites supérieures à 95% C.L. sur les sections efficaces ont été placées respectivement à 1.37 x 10^{-3}, 1.33 x 10^{-3} et 1.32 x 10^{-3} pb pour des résonances de 1, 1.5 et 2 TeV. Pour un modèle généraliste de résonance Z' se désintégrant en une paire e-mu de charges opposées, des limites supérieures à 95% C.L. de 3.0, 3.0 et 3.0 événements ont aussi été placées pour les trois points de masse., Doctorat en Sciences, info:eu-repo/semantics/nonPublished

De nombreux noyaux atomiques et hypernoyaux se modélisent comme des structures à trois corps. C'est le cas, par exemple, de noyaux à halo, comme 6He, ou de noyaux stables, comme 12C et 9Be. En effet, 6He se caractérise comme un système à trois corps, formé d'un coeur (une particule alpha) et de deux neutrons de valence faiblement liés. Le noyau de 12C peut s'étudier comme un système lié formé de trois particules alphas, tandis que 9Be peut être décrit comme la liaison de deux particules alphas et d'un neutron.Dans les exemples précédents, les particules alphas sont des amas de nucléons. Elles possèdent donc une structure interne dont il faut tenir compte en raison du principe de Pauli.Les modèles les plus réalistes pour décrire les structures à trois corps sont les modèles "microscopiques". Ces modèles prennent en compte explicitement tous les nucléons et respectent exactement le principe d'antisymétrisation de Pauli. Cependant, l'application de ces modèles est fortement limitée en pratique, car ils exigent de trop nombreux et trop longs calculs.Par conséquent, pour simplifier considérablement les calculs et permettre l'étude des structures à trois corps, des modèles moins détaillés, de type "semi-microscopiques", sont également développés. Dans ces modèles, on représente les amas de nucléons comme de simples particules ponctuelles. Dans ce cas, la modélisation consiste à construire les potentiels effectifs entre les amas, puis à les employer dans les modèles à trois corps.Dans ce travail, nous avons développé les modèles "semi-microscopiques à trois corps". Les potentiels effectifs entre amas sont directement déduits des forces entre nucléons (selon la RGM à 2 corps). Ces potentiels sont "non-locaux", et dépendent des énergies des amas qui interagissent. Ils permettent de simuler le principe de Pauli et les échanges de nucléons entre les amas. La dépendance en l'énergie se révèle être un inconvénient dans les modèles à trois corps. Les potentiels effectifs sont par conséquent transformés en de nouveaux potentiels (non-locaux) indépendants de l'énergie, bien adaptés aux modèles à trois corps. Les modèles "semi-microscopiques" sont beaucoup plus simples et plus rapides que les modèles "microscopiques". Ils fournissent les fonctions d'onde des états liés à trois corps des noyaux légers et hypernoyaux. Cela permet d'une part de comprendre les propriétés spectroscopiques nucléaires, et d'autre part, cela ouvre la voie pour de futurs modèles de réactions nucléaires impliquant les structures à trois corps./Several atomic nuclei and hypernuclei can be modelled as three-body structures: e.g. two-neutron halo nuclei, such as 6He, and other nuclei, such as 12C and 9Be.Indeed 6He can be represented as a three-body system, made up of a core (an alpha particle) and two weakly bound valence neutrons. The 12C nucleus can be studied as a bound system formed by three alpha particles, while the 9Be nucleus can be described as the binding of two alpha particles and one neutron.In these typical examples, the alpha particles are clusters of nucleons. They have an internal structure that must be taken into account because of the Pauli principle.The most realistic models are the "microscopic models". In these models, all the nucleons are taken into account, and the Pauli antisymmetrisation principle is fully respected. However, the application of the "microscopic models" is limited in practice, because they require too many laborious calculations.Therefore, in order to greatly simplify the calculations, "semi-microscopic models" are developed. In those models, the clusters of nucleons are treated as ("structureless") pointlike particles. The models then consist in determining the effective potentials between the clusters, and in using them in three-body models.In the present work, we have developed "semi-microscopic models". The effective potentials between the clusters are directly obtained from the interactions between nucleons (according to the two-cluster RGM). These potentials are "nonlocal", and depend on the energy of the interacting clusters. The non-locality is a direct consequence of the Pauli principle and the exchanges of nucleons between the clusters. The energy-dependence of the potentials turns out to be a drawback in three-body models. Therefore, the effective potentials are transformed into energy-independent potentials, which can be used in three-body models. The "semi-microscopic models" are much simpler and faster than the "microscopic models". They provide the three-body bound-state wave functions (i.e. the spectroscopic properties and the structure) of light nuclei and hypernuclei. Such wave functions are also the basic ingredient that will be used in future reactions models., Doctorat en Sciences de l'ingénieur, info:eu-repo/semantics/nonPublished