Une équipe internationale, conduite par le CEA et ses partenaires de l'institut de recherche japonais RIKEN, a pu déterminer expérimentalement la structure d'un noyau de zirconium très riche en neutrons ((110)Zr), une première qui remet en cause les théories employées jusque-là. Produit par l'accélérateur japonais RIBF et analysé grâce au
détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change...) MINOS, ce noyau lourd s'avère plus déformé que ce que les modélisations prévoyaient. Ces travaux, menés en collaboration avec le CNRS et les Universités de Lyon et de Paris-Sud, sont publiés le 18 janvier dans
Physical Review Letters et font l'objet d'une suggestion de l'éditeur.
Jamais observée auparavant, la structure du noyau de 110Zr n'avait pu qu'être théorisée, les résultats des modélisations divergeant beaucoup. Les physiciens ont pu déterminer expérimentalement que le noyau de 110Zr est de forme ellipsoïdale, bien plus marquée que ce que certains modèles prédisaient (d'autres donnaient même une forme pyramidale ou sphérique).
Schématisation de la problématique de l'étude: alors que les modèles théoriques cherchent à déterminer la structure du noyau lourd 110Zr (sphérique ? tétraédrique ?), le détecteur MINOS a identifié une ellipsoïde particulièrement déformée. © N.Paul / CEA
Pourquoi étudier 110Zr
L'étude de la structure de noyaux lourds riches en neutrons permet, outre d'approfondir leur connaissance, de mieux comprendre les propriétés de l'
interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) forte qui lie protons et neutrons dans le noyau, et de valider ou invalider les modèles théoriques. Pour certains cas comme le 110Zr, de telles
données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) permettent également d'étudier la formation des éléments lourds dans l'Univers.
Les modèles existants divergeaient beaucoup sur la détermination de la structure de 110Zr. Grâce à cette démonstration
expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes...), les physiciens franchissent une nouvelle étape dans la compréhension des manifestations de l'interaction
nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :).
Un résultat rendu possible par les performances inégalées de MINOS
Détecteur Minos. © CEA Le détecteur MINOS (Magic Numbers Off Stability), financé par l'ERC, a été conçu et réalisé par les services techniques et scientifiques de l'
Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de
recherche fondamentale (La recherche fondamentale regroupe les travaux de recherche scientifique n'ayant pas de finalité...) sur les lois de l'Univers (CEA-Irfu, Saclay). Il permet de mesurer des spectres d'
énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) d'excitation de noyaux instables produits à faible intensité. Cela est permis notamment grâce à la conception d'une cible cryogénique d'
hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) épaisse (100 mm) couplée à un trajectographe, qui permet de reconstruire le lieu des réactions nucléaires dans la cible. Il est opérationnel depuis 2014 auprès de l'accélérateur Radioactive
Isotope (Le noyau d'un atome est constitué en première approche de protons et de neutrons. En physique...) Beam Factory (RIBF) de l'institut de
recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) japonais Nishina Center de RIKEN.
L'équipe du CEA-Irfu est, avec une équipe du RIKEN Nishina Center, porte-parole de l'expérience, qu'elle a conçue et analysée avec la participation française de l'Institut de physique nucléaire d'Orsay (IPNO, CNRS/Université Paris-Sud). Les calculs théoriques ont notamment été réalisés au centre CEA/DAM de Bruyèresle-Châtel, à l'Irfu et à l'Institut de
physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) nucléaire de Lyon (IPNL, CNRS/Université
Claude Bernard (Claude Bernard, né le 12 juillet 1813 à Saint-Julien (Rhône) et mort le...) Lyon 1).
Références publication:
"Are There Signatures of Harmonic Oscillator Shells Far from Stability? First Spectroscopy of 110Zr", N. Paul et. al., Physical Review Letters, janvier 2017.