Une radioactivité "accélérée" ou ralentie

Des noyaux radioactifs "implantés" dans un matériau supraconducteur voient leur durée de vie allongée ou raccourcie, mais ce changement est plus faible que celui prévu par la théorie: c'est ce qu'ont montré des chercheurs (1) du CNRS et du CEA, en collaboration avec l'Institut de sciences physiques Vinca de Belgrade et de l'IFIN-HH de Bucarest. Ces résultats ont été publiés dans la revue Physical Review Letters.

En physique nucléaire, la théorie indique que la durée de vie d'un noyau radioactif varie significativement avec la densité électronique du milieu dans lequel il se désintègre. Ce phénomène, discuté pour la première fois en 1936 pour la radioactivité bêta, a déjà été observé mais son amplitude reste mal comprise.

Le cortège électronique entourant les noyaux des atomes agit comme un écran qui favorise les réactions nucléaires à très basses énergies et modifie la durée de vie des noyaux radioactifs. Cet effet, renforcé dans les milieux très denses en électrons comme certains plasmas stellaires, doit notamment être pris en compte dans la modélisation théorique des réactions nucléaires dans les étoiles.

Une collaboration de physiciens a réalisé une expérience au Ganil avec des noyaux radioactifs (néon 19 et oxygène 19), issus de l'installation Spiral et projetés sur une cible en niobium. Ils ont mesuré avec une très grande précision les durées de vie des noyaux radioactifs ainsi "implantés" dans le niobium supraconducteur (à -269°C) et conducteur (à -177°C). Or dans un matériau supraconducteur, l'effet d'écran est en principe supérieur à celui du même matériau en régime classique.

Les résultats révèlent une variation de la durée de vie des noyaux radioactifs bien plus modeste que celle attendue (en l'occurrence décroissance radioactive accélérée pour la radioactivité bêta plus et ralentie pour la radioactivité bêta moins). La mesure a été réalisée avec une précision remarquable, de l'ordre de 0,05%, mais elle n'a pas permis d'observer l'effet prédit. Nous savons seulement que l'effet mesuré ne dépasse pas une limite très faible, de l'ordre de 0,2% de la valeur prédite.

C'est en réalité le modèle théorique de l'effet d'écran dû à la nature supraconductrice du matériau d'implantation qui est ici remis en question. En parallèle, il faudrait pouvoir gagner encore en précision de mesure pour connaître l'amplitude exacte de l'effet d'écran. Un nouveau défi tant pour les théoriciens que pour les expérimentateurs !


Note:

(1) Grand accélérateur national d'ions lourds - Ganil (CNRS/CEA), Institut de physique nucléaire d'Orsay - IPNO (CNRS/Université Paris Sud), Centre de spectrométrie nucléaire et de spectrométrie de masse - CSNSM (CNRS/Université Paris Sud), Laboratoire de physique corpusculaire - LPC Caen (CNRS/Université de Caen/ENSICAEN), Centre de recherche sur les ions, les matériaux et la photonique - Cimap Caen (CEA/ CNRS/ENSICAEN/Université de Caen) et CEA/DAM ((Direction des applications militaires).


Référence:

Search for Superscreening effect in Superconductor, P. Uji? et al., Physical Review Letters 110, 032501 (2013). Published Mon Jan 14, 2013: http://prl.aps.org/abstract/PRL/v110/i3/e032501