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We have measured fission fragment-mass yields for neutron-induced fission of Th232 and U238 at energies 32.8, 45.3, and 59.9 MeV. The experiments were done at quasimonoenergetic neutron beams of the Cyclotron Research Center at Louvain-la-Neuve. To detect the fission fragments, a multisection Frisch-gridded ionization chamber was used. The measurement and data analysis techniques are discussed in detail. The obtained mass yields are compared to model calculations with the intermediate-energy nuclear reaction code MCFX. The MCFX code is used to calculate the fraction of fissioning nuclei after cascade, preequilibrium, and statistical reaction stages. The formation of mass distributions is considered as a result of oscillations of the mass-asymmetry degree of freedom in the potential well calculated with the temperature-dependent shell correction method. The experimental results as well as the results of the model calculations demonstrate that the probability of symmetric fission increases with incident neutron energy for both nuclei. The comparison also shows that the symmetric fission is more enhanced for thorium than for uranium with increasing neutron energy. We also compare U238 results with available experimental data; the Th232 data were measured for the first time. © 2011 American Physical Society.

Experiments with 1-3 MeV He-4 beams and 2.2-3.2 MeV proton beams have been performed in order to develop a precise and highly sensitive method for the detection and analysis of light elements in threat or drug materials using simultaneously the RBS and ERDA techniques. Commercially available plastic films have been used as samples. The 1 MeV He-4 beam has been found to be inadequate owing to the rapid destruction of the targets. Best results have been obtained using proton beams with energies higher than 3 MeV. For 3.2 MeV proton beams, ERDA has been used for the analysis of the hydrogen constituent. (c) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Fragment mass distributions from neutron-induced fission of /sup 232/Th and /sup 238/U have been measured at quasi-monoenergetic neutron beam of the Louvain-la-Neuve cyclotron facility CYCLONE. The measurements have been carried out making use of a multi-section Frisch-gridded ionization chamber. The measurement technique as well as the data processing is described. Preliminary data on primary fragment mass yields are given for an incident neutron energy of 32.8 MeV., Anglais

/sup 232/Th, /sup 237/Np, /sup 238/U, /sup 239/Pu, and /sup 241/Am targets were bombarded with proton beam of 26.5 and 62.9 MeV energies. In this contribution some preliminary results are presented and discussed. Comparison with the predictions of the nuclear-reaction model code TALYS is also shown., Anglais

The climate of West Africa is characterised by a monsoonal system that brings rainfall onto the subcontinent during an annual rainy season. From the late 60's to the mid-90's, rainfall levels significantly below average were observed, which brought severe socio-economic implications. The causes of the uncharacteristically long drought period, and indeed the mechanisms underpinning West African climate were poorly understood at the time, but have since attracted growing attention from the scientific community. Amongst the factors identified as critical is the interaction between the Earth surface and the atmosphere. To investigate these interactions over West Africa we have adopted an approach based upon regional climate modelling, an internationally recognised discipline enabling the representation of past and future climates, and the study of specific meteorological mechanisms. Using the regional climate model MAR, we have carried out simulations of the West African climate for the years 1986, 1987, and 1988. To improve the accuracy with which the model represents the biosphere, a new dataset describing the local vegetation was incorporated and a new scheme for the representation of roots implemented. A measure of the internal variability inherent to all results produced with this, and other such models, was determined. Subsequently, the influence of soil moisture anomalies on the model behaviour was investigated. The latest version of the model was validated by comparing it to observational data for selected years. Our results have prooven the ability of the improved MAR to simulate the West African climate, its monsoon and its spatial and temporal behaviour and provide strong evidence of its suitability for further investigation of the surface-atmosphere interactions over West Africa., (PHYS 3)--UCL, 2007

Data assimilation into sea ice models designed for climate studies has started about 15 years ago. In most of the studies conducted so far, it is assumed that the improvement brought by the assimilation is straightforward. However, some studies suggest this might not be true. In order to elucidate this question and to find an appropriate way to further assimilate sea ice concentration and velocity observations into large-scale sea ice models, we analyze here results from a number of twin experiments (i.e. experiments in which the assimilated data are model outputs) carried out with first a simplified model of the Arctic sea ice pack then with NEMO-LIM2, a primitive equation ocean general circulation model coupled to LIM (Louvain-la-Neuve sea ice model). Our objective is to determine to what degree the assimilation of ice velocity and/or concentration data improves the global performance of the model and, more specifically, reduces the error in the computed ice thickness. A simple scheme is used, and outputs from a control run and from perturbed experiments without and with data assimilation are thoroughly compared. Our results indicate that, under certain conditions depending on the assimilation weights and the type of model error, the assimilation of ice velocity data enhances the model performance. The assimilation of ice concentration data also helps in improving the model results, but it has to be handled with care because of the strong link between ice concentration and ice thickness. Therefore, we show that one should conserve the ice thickness (not the ice volume) when ice concentration data are assimilated into the model. We also demonstrate that one should assimilate sea ice concentration and velocity data simultaneously. Finally, we give some concrete keys in order to choose which observational data set to assimilate., (PHYS 3)--UCL, 2007

Dans les milieux ionisés existe un grand nombre d'espèces chimiques. Beaucoup sont en quantité minoritaire mais jouent pourtant, par leur grande réactivité, un rôle essentiel dans les processus de transformation chimique. Cette étude s'intéresse à la structure et à la dynamique des ions moléculaires, ainsi qu'aux collisions réactives pour des systèmes intervenant dans les atmosphères planétaires et dans le milieu interstellaire, comme les réactions mettant en jeu le monoxyde de carbone. Des modélisations numériques sont nécessaires à la préparation des expériences de fusion thermonucléaire. Enrichis par les résultats expérimentaux, concernant les ions d'hydrocarbures tels que le méthane, ils fournissent une aide pour l'interprétation des phénomènes observés dans les tokamaks. L'identification des réactions physiques à l'origine de la présence de particules dans le plasma est une étape importante afin de comprendre les environnements ionisés. Les systèmes examinés à Louvain-la-Neuve sont donc choisis pour leur intérêt immédiat en astrophysique ou en physique des plasmas. Alors que la connaissance des processus d'ionisation par impact d'électrons d'espèces atomiques ou ioniques simples est bien établie, ce n'est pas encore le cas lorsque la cible primaire est un ion moléculaire. L'existence d'au moins un degré de liberté supplémentaire rend possible la dissociation de l'ion moléculaire initial en plusieurs fragments, une partie de l'énergie potentielle est alors transférée sous forme d'énergie cinétique aux produits. En conséquence, ceux-ci sont généralement distribués dans de larges gammes angulaire et énergétique. L'analyse fine des distributions permet d'étudier les détails de la collision électronique. L'expérience a pour thématique majeure la mesure des sections efficaces absolues en fonction de l'énergie des électrons projectiles incidents, pour des réactions impliquant des espèces ioniques polyatomiques. L'observation des seuils de réaction et de l'énergie ciné, (PHYS 3)--UCL, 2007

Dans le but d'étudier certains aspects dynamiques de la convection profonde atmosphérique, nous avons développé un modèle bidimensionnel axé sur le développement d'une cellule orageuse simple. Ce modèle considère des éléments de volume, où nous faisons l'hypothèse que les différents champs thermodynamiques sont homogènes. Ces volumes sont fixes dans l'espace et le temps et sont traversés par les flots d'air humide de sorte que leurs contenus varient au cours du temps. Durant ces évolutions l'eau subit des changements de phases. Ces phénomènes, simultanés dans la nature, sont représentés par un mécanisme à étapes successives dans le modèle. Une première étape se déroule en système ouvert: l'air circule pendant un pas de temps d'intégration entre les éléments de volume; l'air conserve ses propriétés pendant le déplacement. Les deux étapes suivantes se produisent dans chaque élément de volume considéré alors en système fermé et isolé: une première étape d'homogénéisation de l'air en pression et ensuite en température et enfin une étape de restauration de l'équilibre des phases de l'eau compte tenu de la nouvelle répartition des constituants et de leur état thermodynamique. Cette discrétisation du mécanisme d'évolution du contenu des éléments de volume nous permet d'utiliser les lois de la thermodynamique classique dans des systèmes ouverts. Ce mécanisme mène à une équation thermodynamique originale. Les autres équations du modèle sont les équations de l'hydrodynamique classique, les équations de la quantité de mouvement et de continuité. Pour l'intégration des équations, nous avons utilisé une méthode de filtrage numérique basée sur les transformations de Laplace, due à P. Lynch (1984) et adaptée à l'intégration par J. Van Isacker (1985). Au niveau du calcul, les champs de masse, de pression et des quantités de mouvement sont adaptés aux échanges de matières entre éléments de volume voisins à l'aide du processus d'intégration. Les équilibrages de phases interviennent c, (PHYS 3)--UCL, 2007

Mars est entourée d'une atmosphère ténue, composée à 95% de dioxyde de carbone (CO2). Au cours d'une année martienne, des transferts de masse (jusqu'à 30% du CO2 atmosphérique) entre l'atmosphère et les calottes polaires produisent des variations temporelles à très grande longueur d'onde du champ de gravité, notamment des harmoniques zonaux de son développement en harmoniques sphériques (de fait les coefficients "composites" de degré 2 et 3). D'un autre côté, le potentiel gravitationnel du Soleil induit des déformations, dites de marée, du volume martien. Ces déformations produisent un potentiel perturbateur en tout point extérieur à la planète, proportionnel à son nombre de Love de degré 2 k2. k2 traduit la réponse élastique de la planète au potentiel solaire et permet de caractériser physiquement le noyau de Mars (sa nature, solide ou liquide, et son rayon). Une manière de quantifier les transferts de la masse atmosphérique et l'état du noyau est de déterminer les perturbations inhérentes sur le mouvement d'un satellite artificiel. Le cycle saisonnier du CO2 et l'état du noyau impliquent aussi des variations de la rotation de Mars. Une autre manière de quantifier les transferts de la masse atmosphérique et l'état du noyau est donc d'observer leurs effets sur la rotation. Des simulations d'observations de trajectographie de satellites (comme celles de Mars Global Surveyor, MGS, Odyssey, MODY) et/ou de la position d'un réseau de stations à la surface de Mars (comme dans l'expérience NEIGE) nous ont permis de voir s'il est possible de restituer précisément les variations des harmoniques zonaux de gravité de bas degré et/ou la rotation. Avec les observations réelles de trajectographie des missions américaines MGS et MODY, on a restitué les variations des harmoniques zonaux de gravité de bas degré et k2., (PHYS 3)--UCL, 2007

L'astrophysique nucléaire est la discipline scientifique qui étudie la production d'énergie et la synthèse des éléments (nucléosynthèse) dans les étoiles. Les réactions nucléaires entre des noyaux légers (A < 20-30) et des protons ou des particules alpha jouent un rôle fondamental. Elles produisent les éléments lourds à partir des éléments plus légers et permettent à l'étoile de dégager de l'énergie. Cette production d'énergie et des éléments explique à son tour la structure et l'évolution des étoiles et, donc de l'Univers. Quels que soient les processus considérés (nucléosynthèse primordiale, stellaire ou explosive) le calcul des abondances des éléments dans les étoiles requiert la connaissance de nombreuses sections efficaces de réactions nucléaires [B2FH57]. Les réactions nucléaires sous-coulombiennes entre noyaux légers interviennent au coeur des étoiles lors des phases de combustion de l'hydrogène et de l'hélium en équilibre hydrostatique. Dans des processus à température plus élevée (novae, supernovae, sursauts X) les éléments radioactifs sont largement impliqués dans le réseau de réactions, ce qui, d'autre part, amène des problèmes spécifiques aux expérimentateurs [Bla06]. Ma dissertation est une récapitulation des travaux expérimentaux et théoriques en astrophysique nucléaire que j'ai réalisés de janvier 1993 à janvier 2006 (cette thèse ne présente pas mes autres travaux en physique nucléaire, principalement sur la structure et les interactions des noyaux exotiques, voir par exemple [Ang03a, Raa04, Cas06]). Je présente quelques méthodes expérimentales en astrophysique nucléaire et je discute brièvement certains problèmes techniques liés aux mesures des sections efficaces très petites, et en particulier, au caractère spécifique de certains appareils (accélérateurs, spectromètres, etc.). Un premier exemple se rapporte à la mise au point de l'accélérateur de protons de 250 kV construit au CSNSM à Orsay (France) dont j'ai été responsable de la calibration [Bog94, Je discute également d'une manière générale les mesures de sections efficaces de réactions nucléaires par des méthodes directes et indirectes. Pour les méthodes directes, je me suis intéressée plus particulièrement aux mesures avec des faisceaux de protons très intenses (accélérateur de 100 kV au DTL-Bochum), ainsi qu'aux expériences avec des éléments radioactifs -cibles ou faisceaux- (CSNSM, Orsay et cyclotrons de Louvain-la-Neuve). Dans ce contexte, je présente plusieurs cas de réactions d'intérêt en astrophysique comme, par exemple, 9Be(p,gamma)10B [Zah95] (nucléosynthèse stellaire), 7Be(p,gamma)8B [Ham98, Ham01] (liée au problème du neutrino solaire), 7Be(p,p)7Be [Ang03b] (liée à la réaction 7Be(p,?)8B), 18F(p,alpha)15O [Ser03] (nucléosynthèse explosive dans les novae), 7Be(d,p)2alpha [Ang05a] (nucléosynthèse du Big Bang). Quand une mesure directe est très difficile à réaliser, il existe des méthodes indirectes comme, par exemple, les réactions de transfert. Elles sont utiles, entre autres, dans l'étude des largeurs alpha des états d'importance astrophysique de certains noyaux. Je discute les cas du 19F (nucléosynthèse du fluor) étudié par la réaction 15N(7Li,t)19F [Oli95] et du 19Ne (nucléosynthèse dans les novae) étudié avec 18F(d,p)19F [Ser03]. Un traitement théorique rigoureux de la dépendance en énergie des sections efficaces est nécessaire pour extrapoler ces dernières aux énergies caractéristiques des processus astrophysiques, à partir des sections efficaces expérimentales (prises à des énergies plus élevées). Un des effets dont il faut tenir compte pour ces extrapolations est l'effet d'écrantage électronique en laboratoire [Ass87] qui devient important à des énergies très basses (< 10-20 keV). Parmi les différents modèles théoriques généralement appliqués aux réactions d'intérêt astrophysique, je me suis spécialement intéressée à la méthode de la matrice R [Lan58]. Cette approche contient des paramètres ajustables sur les sections efficaces disponibles, (SC 3A)--UCL, 2006

Le LHC est un accélérateur de hadrons conçu essentiellement pour la découverte du boson de Higgs supposé être à l'origine de la masse des particules élémentaires. Ce boson est cependant le maillon manquant au Modèle Standard. Au LHC, les protons seront produits avec une énergie de 7 TeV chacun et la luminosité totale atteindra 10^34 cm-2 s-1. CMS est l'une des quatre grandes expériences actuellement en construction autour du LHC. Sa partie centrale sera constituée de senseurs au silicium à micro-pistes. Ces détecteurs au silicium sont, à présent, les plus précis pour la reconstruction des trajectoires des particules chargées. Néanmoins, les conditions de fonctionnement du LHC créent un environnement très hostile qui pourrait affecter à long terme les performances du silicium ainsi que l'électronique qui lui est associée. De ce fait, il devient judicieux de contrôler les effets des radiations et de s'assurer du bon fonctionnement de ces détecteurs pour toute la durée de leur opération. Cette thèse s'inscrit dans le cadre des tests de résistance aux radiations des senseurs à micro-pistes de CMS. Une présentation générale de CMS, des senseurs au silicium à micro-pistes ainsi que des effets des dégâts radiatifs sur ces derniers sera donnée en premier lieu. Cette présentation sera suivie d'un descriptif des dispositifs d'irradiation et de caractérisation électrique développés spécialement pour tester ces senseurs. Enfin, les résultats obtenus seront présentés et discutés., (PHYS 3)--UCL, 2006

Parmi les systèmes complexes étudiés en mécanique statistique, les systèmes possédant un comportement critique à l'équilibre thermodynamique jouissent d'un statut particulier. En effet, pour les systèmes à deux dimensions, les techniques de l'invariance conforme ont permis de les caractériser en grand détail. Cette thèse présente l'étude d'un des tous premiers exemples de systèmes statistiques hors équilibre à pouvoir être traité par des méthodes similaires. Le modèle des piles de sable, considéré dans cet ouvrage, est un modèle dynamique introduit fin des années 80 comme prototype de " criticalité auto-organisée ". On entend par ce terme, des systèmes évoluant spontanément vers un état hautement corrélé qui exhibent des propriétés d'échelle similaires à celles du point critique de systèmes statistiques à l'équilibre. L'outil principal permettant de caractériser l'état stationnaire du modèle sur réseau est la correspondance univoque entre les configurations de hauteur du modèle et certains types de graphes appelés " arbres couvrants ". Cette correspondance a été utilisée pour identifier les opérateurs d'échelle correspondant aux observables de hauteur. Il s'avère que ces opérateurs s'organisent en termes de représentations de l'algèbre conforme de charge centrale c = −2 dont la réalisation naturelle est donnée par une théorie quantique de champs fermioniques libres. Bien que les opérateurs d'échelle des observables locales s'expriment en termes de champs de cette réalisation, il a été montré que les observables de hauteur non locales engendrent une nouvelle réalisation inéquivalente de l'algèbre conforme. Le rapprochement entre ces deux domaines de la physique permet non seulement de fournir un cadre nouveau pour l'étude du modèle des piles de sable et accéder ainsi à des propriétés jusque là impossibles à obtenir par la méthode traditionnelle, mais fournit aussi un outil supplémentaire pour l'étude des théories conformes dites logarithmiques qui sont encore mal com, (PHYS 3)--UCL, 2006

Cette thèse pose les fondations du modèle " the Second-generation Louvain-la-Neuve Ice-ocean Model " (SLIM) qui est basé sur la méthode des éléments finis et les maillages non-structurés. Ce modèle fait partie d'une seconde génération de modèles numériques de circulation marine ou océanique. Notre travail a principalement porté sur les aspects géométriques liés à l'utilisation des maillages non-structurés. Nous avons implémenté un algorithme de triangulation qui génère automatiquement des maillages anisotropes non-structurés sur le plan et la sphère et nous avons défini des stratégies de raffinement de maillage adaptées aux applications marines. Ces stratégies orchestrent la distribution de la taille et de la forme des éléments du maillage afin d'optimiser la précision et le coût en temps de calcul du nouveau modèle. Nous avons aussi abordé l'interpolation contrainte de champs scalaires et vectoriels d'un premier maillage vers un second. L'utilisation conjointe de ces trois outils combinée avec un estimateur d'erreur a posteriori permettra l'adaptation dynamique de maillages au cours de simulations transitoires. Finalement, nous avons bâti les outils géométriques nécessaires à l'écriture d'une formulation discrète des équations de la dynamique des fluides géophysiques sur la sphère. Basée sur un système de coordonnées curvilignes propre à chaque élément du maillage, cette approche originale ne possède aucune des difficultés mathématiques et numériques liées aux singularités des pôles et auxquelles les modèles de la première génération n'ont pu apporter de solution entièrement satisfaisante., (PHYS 3)--UCL, 2006

Les expériences conduites auprès du futur accélérateur LHC au CERN nécessitent la construction des détecteurs les plus grands et les plus complexes jamais conçus. En particulier, le trajectographe de la collaboration CMS utilisera uniquement des détecteurs micropiste silicium et ce, en très grandes quantités. Ce dernier dépend donc de manière capitale de la qualité de toute la production des senseurs et la collaboration CMS a ainsi décidé de mettre en place un vaste programme de contrôle de cette qualité. Cette thèse présente une partie des travaux réalisés à l'UCL dans ce cadre. La discussion porte en particulier sur résistance aux radiations des senseurs en silicium, testée de manière routinière à Louvain-la-Neuve. Le texte débute par une présentation du détecteur CMS et des dégâts radiatifs subits par les détecteurs micropiste silicium. Les dispositifs expérimentaux mis en place auprès des cyclotrons et dans le laboratoire de l'institut de Physique nucléaire sont ensuite détaillés. Finalement, les résultats des tests systématiques sont résumés, et discutés au regard des critères posés par la collaboration, (PHYS 3)--UCL, 2006

Le processus d’évapotranspiration (ETR) reste actuellement difficile à évaluer. L’objectif poursuivi par cette recherche est de proposer une méthode suffisamment robuste pour pouvoir être appliquée à l’échelle pluriannuelle tout en permettant un suivi à pas de temps fin au cours de la journée. En s’appuyant sur l’état de l’art, l’étude s’intéresse successivement au cas idéalisé des surfaces homogènes puis à celui des surfaces hétérogènes. Depuis quelques années, l’IRM a entrepris d’automatiser son réseau de stations synoptiques. Un sous-ensemble de stations a été choisi afin d’être doté d’un équipement plus complet comprenant un mât météorologique destiné à effectuer des mesures de la température et de la vitesse du vent à plusieurs niveaux. Ces nouvelles données sont exploitées dans la méthode préconisée. Celle-ci combine la théorie de Monin-Obukhov et l’évaluation du bilan énergétique de surface pour calculer les flux turbulents de chaleur sensible et de chaleur latente ainsi que le flux d’ETR. La télédétection offre quant à elle la possibilité d’observer de vastes territoires. Un modèle diagnostique est proposé pour estimer les flux turbulents de surface et l’ETR sur l’ensemble de la Belgique. Il s’agit d’une variante simplifiée du schéma « Isba » de transfert sol-végétation-atmosphère. Des flux radiatifs déduits d’images du satellite Meteosat sont exploités en entrée. La résolution spatiale est celle du capteur infra-rouge utilisé jusque Meteosat-7 (5*9 km). L’application est réalisée sur la période 1994-2003 avec un pas de temps horaire ce qui représente une première dans le domaine. Des comparaisons sont effectuées avec les résultats obtenus aux stations automatiques de l’IRM et avec des données récentes des stations belges du réseau Fluxnet. Les résultats sont très satisfaisants. Le travail s’achève sur des perspectives de développements futurs, la recherche en la matière étant encore en pleine évolution., (PHYS 3) -- UCL, 2006

Neutron-induced fission cross-sections of Tl-205, Pb-204,Pb-206,Pb-207,Pb-208 and Bi-209 have been measured in the energy range from 30 to 180 MeV. The measurements were performed with quasi-monoenergetic neutron beams using a multi-section Frisch-gridded ionization chamber. The neutron-induced fission cross-sections of U-238 were used as reference data. The experimental techniques are described in detail as well as the data processing. The results are compared with existing experimental data. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

A new Earth system model of intermediate complexity, LOVECLIM, has been developed in order to study long-term future climate changes. In particular, LOVECLIM includes an interactive Greenland and Antarctic ice sheet model (AGISM) as well as an oceanic carbon cycle model (LOCH). Those climatic components can have a great impact on future climate. However, most studies investigating future climate changes do not take them into account. The few studies in recent literature assessing the impact of polar ice sheets on future climate draw very different conclusions, which shows the need for developing such a model. The aim of this study is to analyse the possible perturbations of climate induced by human activities over the next millennia. A particular attention is given to the evolution of the oceanic thermohaline circulation. A series of numerical simulations have been performed with LOVECLIM over the next millennia using various forcing scenarios. The global equilibrium warming computed by the model ranges from 0.55°C to 3.75°C with respect to preindustrial times. The model does not simulate a complete shut down of the oceanic thermohaline circulation but a transient weakening followed by a quasi-recovering at equilibrium. In most of the projections, the Greenland ice sheet undergoes a continuous reduction in volume, leading to an almost total disappearance in the most pessimistic scenarios. The impact of the Greenland deglaciation on climate has been assessed through sensitivity experiments. The removal of the Greenland ice sheet is responsible for a regional amplification of the global warming inducing a total melt of Arctic sea ice in summer. The freshwater flux from Greenland generates large salinity anomalies in the North Atlantic Ocean that reduce the rate of North Atlantic Deep Water formation, slowing down the oceanic thermohaline circulation., (PHYS 3)--UCL, 2005

This paper reports on the use of PIXE and RBS (resonant and non-resonant RBS) implemented with proton beams to simultaneously analyse light and heavy elements in materials of cultural heritage significance, as exemplified by Russian icons or in lead seals. It is shown that in spite of its poor mass resolution RBS with protons can provide useful information when combined with PIXE. In the case of Russian icons, it is possible to discriminate between an Au-Ag bilayer and an alloy of these metals in the gilds. However, when applied to lead seals RBS with protons encounters a significant limitation due to some deficiency in the available computer programs used for spectrum processing. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

The triton energy spectrum of the muon capture reaction mu(3)He --> t + v(mu), where mu(3)He is the ground state of muonic He-3, has been measured by means of a high-pressure ionization chamber in order to investigate a possible heavy v admixture into the mu flavor with high sensitivity. The upper limit of the mu-heavy v(i) mixing matrix element squared was obtained to be U-mu i((2) less than or equal to 10(-3) for heavy neutrino masses in the range 25 less than or equal to E(ov) less than or equal to 75 MeV.

The rates of the breakup reactions Lambda B(He-3) and Lambda B(He-4) in nuclear muon capture by He-3 and He-4 have been measured. The measurements were performed on the muon beam of PSI with a multi-anode high-pressure ionization chamber filled with isotopically pure He-3 or He-4 at 120 bar. The chamber was used as a target and detector for both the incoming muons and for the charged reaction products (tritons, deuterons and protons) of the breakup reactions mu(-) + He-3 --> d + n + v(mu), p + 2n + v(mu) and mu(-) + He-4 --> t + n + v(mu), d + 2n + v(mu), p + 3n + v(mu). Our statistics, about 5 x 10(5) of breakup events, provides a possibility to improve the precision of evaluated rates. The preliminary results: Lambda(B)(He-3) = 720 +/- 70 s(-1), Lambda B(He-4) = 415 +/- 40 s(-1) are compared to theoretical predictions and to previous experiments.

The positrons and coincident gamma-rays following the pure Fermi 0(+) --> 0(+) branch of beta(+)-decay in 140 were measured. The Doppler shift of the gamma-quantum observed is sensitive to the beta-neutrino correlation coefficient, which is unity (alpha = 1) in the absence of scalar coupling. The interatomic interaction of recoiling daughters was noticed, which has prevented to obtain an improved result for scalar coupling despite of the excellent statistical accuracy of the measurement. At the same time, it was shown that the method described can be used as a very sensitive and flexible tool to probe the interatomic interactions in matter at the hundred eV energy level. Perspectives in this direction as well as the future angular-correlation experiments aimed to search for scalar coupling in beta-decay are discussed.

The aim of the MuCap experiment is a 1% measurement of the singlet capture rate Lambda_S for the basic electro-weak reaction mu + p -> n + nu_mu. This observable is sensitive to the weak form-factors of the nucleon, in particular to the induced pseudoscalar coupling constant g_P. It will provide a rigorous test of theoretical predictions based on the Standard Model and effective theories of QCD. The present method is based on high precision lifetime measurements of mu^- in hydrogen gas and the comparison with the free mu^+ lifetime. The mu^- experiment will be performed in ultra-clean, deuterium-depleted H_2 gas at 10 bar. Low density compared to liquid H_2 is chosen to avoid uncertainties due to ppmu formation. A time projection chamber acts as a pure hydrogen active target. It defines the muon stop position in 3-D and detects rare background reactions. Decay electrons are tracked in cylindrical wire-chambers and a scintillator array covering 75% of 4 pi. Comment: Int. RIKEN Conf. on Muon Catalyzed Fusion and Related Exotic Atoms, April 2001, Shimoda, Japan, to be published in Hyperfine Interactions

The WITCH (Weak Interaction Trap for CHarged particles) experiment is a retardation spectrometer coupled to a Penning trap and measures the beta-neutrino angular correlation via the shape of the recoil energy spectrum. The present form of the Standard Model describes weak processes in terms of vector and axial-vector type interactions, but the possible presence of scalar and tensor interactions is not yet ruled out. The main aim of this experiment is a test of the Standard Model for possible admixture of scalar and tensor currents. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

The longitudinal polarization of positrons emitted along and opposite to the nuclear spin direction has been measured in the decay of polarized N-12. The results are consistent with the Standard Model prediction. In manifest left-right symmetric models this measurement provides a lower bound of 310 GeV/c(2) at 90% CL on the mass of a possible right-handed gauge boson contributing to the electroweak interaction. In generalized versions of this model our measurement provides constraints complementary to those set by high-energy experiments. (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

A new experiment is under preparation with the aim to improve considerably the present knowledge of the rate Lambda(s), which should be measured on a level of 1% or better, for the basic electroweak capture reaction of a negative muon on the free proton mup(1s) --> n + nu(mu). The capture rate will be determined by measuring the lifetime of mu(-) stopped in ultra pure hydrogen at 10 bar pressure and comparing it with the lifetime of the unbound mu(+). A new experimental method was developed for this project which should allow measuring the mu(-) lifetime with at least 10 ppm precision. The basic element of the detector is operating in the hydrogen gas time projection chamber (TPC) surrounded by multi-wire proportional chambers (MWPCs) and scintillator counters. The arrival times and trajectories of the incoming muons and the outgoing decay electrons are measured with this device providing effective suppression of background. Using the TPC as an active target, we can monitor on-line the protium contamination by impurities with a sensitivity better than 10(-8). This can be done by detecting the charged products of the muon capture reaction on these impurities. It was demonstrated that the TPC and MWPCs can operate in pure hydrogen under 10 bar pressure providing gas gain up to 10 000.

The present form of the Standard Model (SM) describes weak process in terms of vector and axial-vector type interaction, with fully left-handed massless neutrons. Any experimental deviation from the SM predictions will in special cases reveal the need for extensions to the SM. The longitudinal polarization of the positron emitted from polarized muon present a simple and sensitive case. We present hereafter the status of a longitudinal polarization measurement of these positrons.

Two experiments to search for new physics beyond the standard model for electroweak interactions by measuring correlations between different spin and momentum vectors in nuclear beta -decay are discussed. In the first experiment the correlation between the emission asymmetry and the longitudinal polarisation of positrons emitted by polarised nuclei is determined. This type of measurement is sensitive to the presence of right-handed currents but also to possible scalar and tensor-type currents in the weak interaction. The aim of the second experiment is to determine the beta nu -correlation in beta -decay by measuring the energy spectrum of the recoil ions, using a Penning trap and a retardation spectrometer. In this case the focus is on the search for scalar currents in the weak interaction. The results of the experiments presented here are complementary to results from experiments in muon decay and at high-energy colliders.

Muon capture on hydrogen gives a unique possibility for a measurement of the pseudo-scalar form factor g(p) (q(c)(2) = -0.88 m(mu)(2)) of the nucleonic weak current, thus providing a sensitive test of the QCD chiral symmetry perturbation theory which predicts the value of this form factor with a precision of Delta g(p)/g(p) similar or equal to 2%. For adequate comparison with theory, the muon capture rate Lambda(c) should be measured with a precision of Delta Lambda(c)/Lambda(c) less than or equal to 1%, that is an order of magnitude better than the precision of the present world data. We report on the project of an experiment designed to provide the required precision. Also, we present the final result of our previous experiment on a high precision measurement of the mu(3)He capture rate and compare this result with the PCAC prediction.

The presence of a scalar interaction in nuclear beta-decay was studied by measuring the beta-neutrino correlation coefficient alpha in the superallowed pure Fermi beta-transition Ne-18(O+) --> F-18(O+, 1040 keV) (T-1/2 = 1.67 s). The resulting value, i.e. alpha = + 1.06 +/- 0.19 (error quoted at 2 sigma), corresponds to the limit root/C-s/(2) + C-s'(2) less than or equal to 0.29C-v (95%) CL for the scalar coupling constant. (C) 1997 Elsevier Science B.V.

The potential of using permanent Nd2Fe14B magnets in a positron polarimeter has been explored with a beam of 50 MeV positrons. The asymmetries observed during a first test run provide encouraging results.

Doctorat en sciences physiques -- UCL, 1997

We have made new measurements of the lifetimes at 4.29 K and 2.92 K in He I, and at 2.14 K and 1.67 K in He II, without and with an electric field. At 4.19 K we have a new value of the lifetime, 2.01 +/- 0.002 ns, leading to a Z(eff) of 3.53 at zero field. In contrast to earlier reports, Z(eff) decreases very slightly as the temperature is lowered and the density increases. The orthopositronium lifetime at 4.19 K is 98.1 +/- 0.2 ns, at zero field, independent of field up to 18 kV cm(-1). At 4.19 K the free positron decay rate falls exponentially with increasing field to a value 5% below its zero-field value, the drop-off rate being 0.36 +/- 0.04 cm amagat V-1. From 28 through 50 V cm(-1) amagat(-1) the decay rate of the free component rises slowly as expected because of the increasing positronium fraction over the same range of electric field. In liquid argon there is positronium enhancement beginning at or below 3 V cm(-1) amagat(-1), which contrasts with 160 V cm(-1) amagat(-1) for argon gas. At least two lifetimes make up the long triplet component, suggesting different degrees of thermalization, or different states of positronium within the liquid. The effect of the electric field is to enhance the longer-lived, or more thermal component, in strong contrast with the findings of Charlton et al for the gas. The argon results suggest positron behaviour similar to that of electrons in the liquid phase, namely, such particles move in a conduction band subject to small effective scattering and diffusion cross sections. An analytic model in which the scattering length is an adjustable parameter yields the onset of positronium enhancement just below 3 V cm(-1) amagat(-1) when a(s) = -0.043 a(0), corresponding to an elastic scattering and diffusion cross section of 0.034 pi a(0)(2). Consequences for positron thermalization are discussed. A model of positronium losing energy slowly in the liquid without bubble formation is suggested.

Doctorat en sciences physiques -- UCL, 1994

The intensity of the orthopositronium component and its lifetime have been measured in liquid nitrogen as a function of electric field. While the lifetime remains constant at about 12.5 ns, the fraction of positronium formed is about 20% at zero field and monotonically to an asymptotic value near 6% as the field is raised to 3.2 MV m-1. The is roughly exponential with a drop off rate of 2.0 MV m-1. The results are a further indication of the importance of Mogensen's spur mechanism in the positronium formation process.

The first measurements of the longitudinal polarization of positrons emitted by polarized 107In are reported. The positron polarization is deduced from the time-resolved decay spectrum of positronium hyperfine states. Our result is in agreement with the standard electroweak model and provides a new lower limit for the mass of an eventual, predominantly right-handed charged W gauge boson of 220 GeV/c2.