L'oxygène-28 n'aurait pas la stabilité que la théorie lui prédit

Publié par Adrien le 28/04/2020 à 09:00
Source: CNRS IN2P3
Avec 8 protons et 20 neutrons, l'oxygène-28, devrait théoriquement avoir une stabilité particulière. Une équipe de physiciens du GANIL et du LPC Caen au sein de la collaboration Samurai de l'installation RIKEN au Japon montrent que ça n'est pas le cas en menant une étude indirecte sur un noyau très proche, le fluor-28. Un travail qui vient d'être publié dans la revue Physical Review Letters.

En physique nucléaire (La physique nucléaire est la description et l'étude du principal constituant de l'atome : le noyau atomique. On peut distinguer :) la notion de nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) magique est très importante. En effet les noyaux dits "magiques" ont une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur...) particulière de protons et de neutrons qui leur confère une stabilité plus grande. C'est le cas pour les noyaux à 8, 20 ou 50 protons ou ceux avec un nombre équivalent de neutrons. Les noyaux dits "doublements magiques", ceux qui cumulent un nombre magique de protons et un nombre magique de neutrons, figurent parmi les plus stables de la nature. C'est le cas de l'oxygène-16 (8 protons et 8 neutrons) ou du calcium-40 (20 protons et 20 neutrons), qui sont plus abondants que les autres dans l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.). Cette propriété remarquable en fait des objets d'étude privilégiés pour mettre à l'épreuve la modélisation des forces qui structurent le noyau atomique (Le noyau atomique désigne la région située au centre d'un atome constituée de protons et de neutrons (les nucléons). La taille du noyau (10-15 m) est considérablement plus petite que celle de l'atome...).


Infographie: le fluor-28 partage plusieurs points communs avec l'oxygène-28

Un noyau quasi impossible à étudier

L'oxygène-28 est le dernier noyau doublement magique à ne pas avoir été étudié. Avec ses 8 protons et ses 20 neutrons il devrait en théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent...) bénéficier d'une stabilité particulière, mais trente ans de traque n'ont permis d'en produire que très peu et son analyse expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes dominants tant sur le plan formel, esthétique, que sur le...) s'avère un véritable défi. En effet, l'oxygène-28 n'existe que sous forme non liée et qui plus est dans les très rares cas où des collisions le produisent, il se désintègre en oxygène-24 quasi instantanément. Les physiciens ne disposent que de 10-22 secondes pour réagir ! Et quand bien même les chercheurs capteraient l'événement à temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), il faudrait encore détecter les 4 neutrons que le noyau émet instantanément pour pouvoir comparer ses propriétés aux prédictions des modèles théoriques.

Le fluor-28 pour contourner la difficulté

Pour contourner cette difficulté, une méthode alternative a récemment été mise en oeuvre auprès du laboratoire RIKEN à l'aide des détecteurs neutrons NeuLAND et Nebula et du spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant d'étudier de décomposer une quantité observée — un faisceau lumineux en spectroscopie, ou bien un mélange de molécules par exemple en spectrométrie de masse — en ses...) SAMURAI. Elle a consisté à étudier un noyau également non lié, le fluor-28, composé de 9 protons et de 19 neutrons: moins difficile à produire que l'oxygène-28 et se désintégrant par l'émission d'un seul neutron (Le neutron est une particule subatomique de charge électrique totale nulle.). Le pari des chercheurs est que, si l'oxygène-28 est bien doublement magique, ses propriétés devraient se retrouver à quelques nuances près dans le noyau de fluor-28.

La double-magicité a disparu

Une signature de la magicité est le remplissage complet par les nucléons des orbitales de plus 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.) disponibles. Or l'étude a montré que les neutrons du fluor-28 occupaient une large fraction de l'orbitale de valence et que ne subsistait que de faibles vestiges de magicité. Dès lors, cette étude montre pour la première fois que la double magicité, si robuste pour les noyaux stables, disparait vraisemblablement dans l'oxygène-28 du fait de son caractère non lié et des forces nucléaires en présence dans ce noyau à très grand nombre de neutrons. Elle plaide pour la prise en compte et la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) de nouveaux effets susceptibles d'influencer fortement la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des nucléons au sein des noyaux.

Référence:
A. Revel et al., Physical Review Letters 124, 152502 (2020)
Cet article vous a plus ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 0.329 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique