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Posté par Adrien le Jeudi 15/06/2017 à 00:00
Des formes en compétition dans les isotopes de Krypton très riches en neutrons
Une étude réalisée à RIKEN au Japon par une collaboration internationale menée par des chercheurs de l'Institut de physique nucléaire d'Orsay (IPNO, CNRS/Université Paris-Sud), du CEA et de RIKEN a permis de réaliser la première spectroscopie des isotopes très riches en neutrons 98,100Kr. L'expérience a mis en évidence que deux configurations de formes différentes coexistent à 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.) dans 98Kr mais aussi que les isotopes de cette chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) tendent à se déformer plus progressivement lorsqu'on leur ajoute des neutrons que leurs voisins Rb, Sr et Zr qui eux basculent soudainement d'une forme à une autre à partir du 60ème neutron (Le neutron est une particule subatomique. Comme son nom l'indique, le neutron est neutre et n'a donc pas de charge électrique (ni positive, ni négative). Les neutrons, avec les protons, sont les constituants du noyau de l'atome. Pour un atome, on...). Cette étude est un pas décisif vers la compréhension des limites de cette région de transition de phase (En physique, une transition de phase est une transformation du système étudié provoquée par la variation d'un paramètre extérieur particulier (température, champ...) quantique. Ces résultats sont publiés dans la revue Physical Review Letters (1).

Délimiter et caractériser une région de transition de forme nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) L'agencement des nucléons au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier celle des mammifères qui...) d'un noyau dépend directement 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.) qui permet leur cohésion. Cette interaction nucléaire, manifestation de l'interaction forte, donne naissance a des phénomènes quantiques, parfois soudain, tel qu'un réarrangement spatial complet des nucléons lorsque l'on passe de 59 à 60 neutrons pour les isotopes de zirconium (Z=40) et de strontium (Z=38) notamment. Etudier et délimiter ces régions de transition soudaine est primordial pour comprendre le lien entre les propriétés collectives du système nucléaire et ses degrés de liberté microscopiques, neutrons et protons.

Illustration des formes coexistantes calculées pour 98Kr (calculs: CEA DAM – Bruyères-le-Châtel)

Jusqu'ici, la chaîne des Krypton (Z=36), étudiée jusqu'à 96Kr avec exactement 60 neutrons semblait marquer un point (Graphie) d'arrêt à cette transition, sans signe de déformation accrue. En déterminant pour la première fois l'énergie des premiers états excités du 98,100Kr, cette expérience a montré qu'il fallait encore au moins 2 neutrons supplémentaires, soit 62 au total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des dettes". En physique le total n'est pas forcément obtenu...), pour que la déformation augmente significativement. Outre cette évolution plus progressive de la forme d'équilibre de ces noyaux, un état mesuré à basse énergie signe l'existence d'une autre configuration dont le bilan énergétique devient compétitif avec celle du fondamental. Des modèles théoriques relient la présence de ces états à la coexistence de deux formes ellipsoïdales différentes, aplatie et allongée, à basse énergie d'excitation.

Des instruments, une cible et un accélérateur à la limite des savoir-faire actuels Pour accéder à ces résultats, il a été nécessaire de produire des noyaux très riches en neutrons auprès de l'installation Radioactive 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...) Beam Factory (RIBF) du centre de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) Nishina de RIKEN. À cet effet, environ 150 milliards de noyau d'238U 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 mesure...) ont été accélérés à 60% de la vitesse de la lumière (La vitesse de la lumière dans le vide, notée c (pour « célérité », la lumière se manifestant...) pour entrer en collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) avec une cible de béryllium. Les produits de fission de l'uranium (L'uranium est un élément chimique de symbole U et de numéro atomique 92. C'est un élément naturel assez fréquent : plus abondant que...) crées lors de cette collision sont ensuite triés en vol par un 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...) magnétique puis envoyés sur une cible secondaire 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 facilement déformable mais difficilement compressible.) pour synthétiser le noyaux d'intérêt par arrachage d'un proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire positive.) (ici: 99Rb(p,2p)98Kr et 101Rb(p,2p)100Kr).

Système de détection MINOS (au centre) entouré de DALI2. © Freddy Flavigny (IPNO)

Ces réactions particulières sont identifiées par la mesure de deux protons dans la 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 entourant la cible épaisse (100 mm) d'hydrogène liquide du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution, et...) ERC MINOS (2), conçu par le CEA-Irfu, et la sélection magnétique du noyau d'intérêt. Enfin, la désexcitation électromagnétique quasi-instantanée de cette espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la systématique. L'espèce est...) exotique, signature des propriétés étudiées, est détectée dans l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) DALI2 (3) composé de 186 scintillateurs. La combinaison (Une combinaison peut être :) de ces techniques instrumentales de pointe est cruciale pour pouvoir étudier ces noyaux jusqu'ici inaccessibles.

Notes:
(1) F. Flavigny et al., [i]Phys. Rev. Lett.
(publication le 14 Juin 2017).
(2) A. Obertelli et al., Eur. Phys. J. A 50, 8 (2014).
(3) S. Takeuchi et al., Nucl. Instr. Meth. A 763, 596 (2014).[/i]

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Source: CNRS-IN2P3