L'expérience Stella met en lumière le phénomène de "suppression" de la fusion des étoiles
Publié par Adrien le 18/07/2019 à 08:00
Source: CNRS IN2P3
L'expérience Stella a mis à profit sa seconde campagne pour étudier le phénomène de "suppression" dans les réactions de fusion des étoiles impliquant des noyaux légers. Ce phénomène, récemment découvert pour les systèmes plus lourds pourrait avoir des implications très importantes pour la compréhension du cycle de vie (La vie est le nom donné :) des étoiles massives. La moisson est prometteuse.

Mais quel est cet étrange effet qui vient jouer les trouble-fête dans les réactions de fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes identiques, la fusion s'effectue à...) ? Ce nouveau phénomène, baptisé "suppression de la fusion" et découvert dans les années 2000, excite la curiosité des physiciens car son explication pourrait avoir de répercussions dans les modèles d'évolution stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces...). L'expérience Stella qui vient de clore sa deuxième campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés habités, elle s'oppose aux concepts de ville, d'agglomération ou de milieu urbain. La campagne est...) d'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.), et qui vise à étudier les réactions de fusion stellaires en les reproduisant en laboratoire, a exploré une gamme d'énergies où les effets de cette suppression sont plus nets et l'analyse de la nouvelle moisson de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) de l'expérience promet de jeter un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit...) nouveau sur ce phénomène.

Double identification de l'événement

C'est un fait, l'expérience Stella est particulièrement adaptée pour explorer ce phénomène. Elle se base pour l'étude des réactions de fusion de basse énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.), sur la mesure en coïncidence de particules chargées et de photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette interaction se traduit d'un point de...) gamma. Entendez par là une double identification de l'événement. En effet, aux énergies en jeu, le bruit de fond (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création...) auquel font face les détecteurs est rédhibitoire. D'autant que les événements provenant des réactions de fusion observées se déroulent par effet tunnel (L'effet tunnel désigne la propriété que possède un objet quantique de franchir une barrière de potentiel, franchissement impossible selon la mécanique classique....) et sont donc très rares. Cette mesure par coïncidence permet donc de discriminer précisément les événements de fusion, ce qui est nouveau en astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et...) nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) pour des mesures de très faibles sections efficaces.


Spectre de particules chargées de l'expérience Stella, en fonction de l'angle, enregistré dans les détecteurs silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.). Les lignes en jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :) indiquent la détection des protons et particules alphas émis par le noyau composé 24Mg, produit dans la réaction de fusion 12C+12C. Image IPHC

"Nous avons associé deux sortes de détecteurs" explique Sandrine Courtin, professeure à l'université de Strasbourg (L’université de Strasbourg (UDS) est une université française située à Strasbourg en Alsace. Son origine remonte à la création du gymnase...), chercheuse à l'IPHC et responsable de l'expérience. " Des détecteurs de particules chargées développés spécifiquement pour l'expérience Stella (détecteurs au silicium à pistes sur supports en céramique) qui enregistrent les émissions de protons et de noyaux, et des détecteurs de rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une...) gamma. Il s'agit là de 36 scintillateurs de nouvelles génération, faisant partie du système Fatima et apporté par les collaborateurs de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) de Surrey (GB)." De cette façon, lorsqu'un noyau de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique...) 12 fusionne avec un autre, les scientifiques en ont une double confirmation: par la détection des particules émises lors de la fusion (proton ou alpha) et par l'enregistrement du rayonnement gamma émis lors du réarrangement des nucléons dans le nouveau noyau.

Une cible rotative pour évacuer la chaleur

Autre avantage de Stella, le recours à la plateforme Andromède de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de physique nucléaire (La physique nucléaire est la description et l'étude du principal constituant de l'atome : le noyau atomique. On peut distinguer :) d'Orsay (IPNO). Andromède fournit un faisceau de Carbone 12 à basse énergie d'une dizaine de micro Ampères, ce qui est particulièrement intense. Si intense d'ailleurs qu'il a fallu inventer pour l'expérience un système de cible rotative qui facilite l'évacuation de la chaleur. Sans ce faisceau, la probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude des probabilités...) de voir des réactions de fusion aurait été très faible.

Stella a pour but de mieux comprendre le cycle de vie des étoiles massives, essentiel pour extraire des informations sur l'évolution stellaire, la nucléosynthèse (La nucléosynthèse est un ensemble de processus physiques conduisant à la synthèse de noyaux atomiques, par fission ou fusion nucléaire.) des éléments chimiques et peut-être sur l'âge de notre Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.). Pour cela, elle vise à mesurer les réactions nucléaires clés de ce cycle, en particulier celles où peuvent intervenir des résonances moléculaires.
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