Published December 10, 2001 | Version v1
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Phase transition signals of finite systems

Description

Phase transitions are universal properties of interacting matter. They are well described if the considered system is infinite, by using standard thermodynamics. But in the case of small systems like atomic nuclei, this formalism cannot be applied anymore. Our aim is to propose a statistical mechanics approach in order to define the thermodynamical features of small open systems subject to non-saturating forces. We concentrate in particular on the definition and characterization for such systems of phase transitions belonging to the liquid gas universality class. Theoretical and experimental observables are defined to signal the occurrence and the order of this transition without any ambiguity. One of the most relevant and experimentally accessible observables consists in the study of kinetic energy fluctuations for a fixed value of the total deposited energy. In a first order phase transition such fluctuations become anomaly high and at the same time the size distribution appears to behave critically. All our results are obtained within numerical simulations of the lattice gas model with a nearest neighbors attractive interaction. Finally we check the influence of non-saturating forces, developing the specific example of the Coulomb interaction in the nucleus. Future improvements and perspectives at this work consist in the analysis of specific effects occurring in nuclei: isospin and quantum mechanics. (author)

Abstract (French)

Les transitions de phase sont des phenomenes communs a tous les systemes en interaction. Pour des systemes infinis, elles sont bien decrites par la thermodynamique mais celle-ci ne peut plus etre utilisee pour des petits systemes comme le noyau de l'atome. Nous proposons dans cette these une approche de mecanique statistique, afin d'extraire les caract6ristiques thermodynamiques des petits systemes ouverts et soumis a des forces non saturantes. Nous nous concentrons en particulier sur la definition et la mise en evidence pour de tels systemes d'une transition de phase de type liquide gaz. Nous definissons des observables theoriques et experimentales qui permettent de signer sans ambiguite la presence et l'ordre de la transition. Une observable pertinente et accessible experimentalement est la fluctuation d'energie cinetique, pour une valeur fixee de l'energie totale. Nous verifions qu'a l'interieur de la zone de coexistence, ces fluctuations deviennent anormalement grandes et s'accompagnent de comportements pseudo critiques pour la distribution en taille des fragments. Nous obtenons ces resultats dans le cadre du modele du gaz sur reseau, avec un hamiltonien de plus proches voisins. Afin de completer cette etude, nous analysons le comportement des observables lorsque les interactions sont a longue portee. Nous nous concentrons sur la problematique nucleaire en considerant l'effet des interactions coulombiennes. Enfin nous abordons en perspectives des points specifiques a la physique nucleaire: le role de l'isospin et des effets quantiques. (auteur)

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Original title (French)
Signaux de transitions de phase des systemes finis

Publishing Information

Imprint Pagination
130 p.
Report number
FRCEA-TH--8256

Optional Information

Notes
70 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/Contacts/
Secondary number(s)
GANIL-T--01-05