Noyau de nickel 78: exotique et doublement magique
Publié par Adrien le 04/05/2019 à 08:00
Source: CEA
Une collaboration internationale conduite par le CEA-Irfu et l'Institut Riken (Japon) démontre pour la première fois le caractère "doublement magique" du noyau radioactif de nickel 78, très excédentaire en neutrons par rapport à ses isotopes stables. L'expérience menée à Riken a notamment été rendue possible grâce au dispositif Minos développé à l'Irfu.

Les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est...) contiennent un noyau organisé en couches de nucléons (protons et neutrons) dont les niveaux d'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.) sont régis par les lois de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) forte. Pour quelques noyaux dits magiques, certaines couches sont complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de...) remplies et comptent un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) "magique" de nucléons (2, 8, 20, 28, 50, 82 ou 126). Ces noyaux remarquables sont plus stables que les autres et l'énergie de leur premier niveau excité est aussi logiquement plus élevée que celle des autres noyaux, signant leur caractère magique.

Qu'en est-il des noyaux exotiques, très riches ou très déficitaires en neutrons, qui sont radioactifs (exotiques) ? Les physiciens cherchent à savoir si les propriétés associées aux nombres magiques connus pour les noyaux non radioactifs sont conservées et s'il en apparaît d'autres, associés à de nouveaux nombres magiques, aujourd'hui inconnus.

Pour en savoir plus, la collaboration Seastar (Shell Evolution And Search for Two-plus energies at the RIBF) a utilisé les faisceaux de noyaux exotiques les plus intenses du monde (Le mot monde peut désigner :) et réalisé la première spectroscopie gamma d'une série de noyaux, dont le nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.) 78 (78Ni) qui compte 28 protons et 50 neutrons, soit 14 neutrons de plus que le dernier isotope (Le noyau d'un atome est constitué en première approche de protons et de neutrons. En physique nucléaire, deux atomes sont dits isotopes s'ils ont le même nombre de protons. Le nombre de protons dans le noyau d'un atome...) stable du nickel. Elle a pu déduire de ces mesures les preuves de la nature "doublement magique" de 78Ni, à la fois vis-à-vis du nombre de protons et du nombre de neutrons.


Les noyaux magiques sont caractérisés par une énergie élevée de leur premier état excité 2+ qui signe leur grande stabilité. Ainsi, les "pics" des noyaux doublement magiques dominent-ils: 4He, 16O, 40,48Ca et 208Pb, parmi les noyaux stables, et 24O, 68Ni et 132Sn, parmi les noyaux radioactifs. 78Ni a désormais rejoint ce dernier club très fermé !

Comment les chercheurs ont-ils procédé ? En bombardant une cible d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) avec un faisceau de noyaux de cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre pur est plutôt mou, malléable, et présente sur...) 79 ou de zinc (Le zinc (prononciation /zɛ̃k/ ou /zɛ̃ɡ/) est un élément chimique, de symbole Zn et de numéro atomique 30.) 80, ils ont induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou en...) des réactions nucléaires produisant du nickel 78 et des protons. Certains noyaux 78Ni étant portés dans un état excité, ils ont pu étudier leur désexcitation via leur émission de rayons gamma.

Or, comme il n'est possible de produire que quelques noyaux de 79Cu ou de 80Zn par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une...), il a fallu développer un dispositif capable d'en tirer le meilleur parti possible. Minos (Magic Numbers Off Stability) combine ainsi une cible épaisse d'hydrogène de 10 à 15 cm d'épaisseur avec une "chambre à projection (La projection cartographique est un ensemble de techniques permettant de représenter la surface de la Terre dans son ensemble ou en partie sur la surface plane d'une carte.) temporelle" qui reconstruit les trajectoires des protons produits dans la cible avec une grande précision, grâce à la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) Micromegas développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales à la courbe.) au CEA-Irfu.

L'énergie du premier état excité 2+ varie en fonction du nombre de neutrons du nickel. L'étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) correspond au nickel 78 pour lequel l'énergie de 2+ est particulièrement élevée, ce qui prouve le caractère magique du noyau. Les prévisions de différents modèles dont les calculs QRPA menés par le CEA-DAM sont conformes à cette évolution.

Références

78Ni revealed as a doubly magic (MagiC est un système d'exploitation propriétaire multitâche pour ordinateurs Atari ST et compatibles. Il a été porté sur PC et Macintosh. Quelle que soit la plateforme matérielle, les...) stronghold against nuclear deformation, Nature
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