Des paires de neutrons corrélés témoignent de la superfluidité nucléaire

Publié par Adrien le 28/05/2018 à 00:00
Source: CNRS-IN2P3
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Une équipe menée par des physiciens du GANIL et du LPC Caen a mis en oeuvre, au sein de la collaboration R3B de l'installation GSI en Allemagne, une méthode innovante qui permet d'étudier la superfluidité de la matière nucléaire en extrayant des paires de neutrons du noyau atomique (Le noyau atomique désigne la région située au centre d'un atome constituée de...) de manière très soudaine. Le noyau de carbone-18, étudié avec cette méthode, présente les corrélations entre neutrons les plus importantes jamais observées. Ce travail vient d'être mis en exergue par l'éditeur de la revue Physical Review Letters.

La notion de superfluidité est associée à des phénomènes fréquemment rencontrés en physique du solide lorsque la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) est portée à une très basse température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...). Elle se caractérise par exemple par une très forte diminution de la viscosité (La viscosité (du latin viscum, gui) peut être définie comme la résistance...) lors de l'écoulement de l'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il...) liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...), ou encore par une très faible résistance au passage du courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge...) dans les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) supraconducteurs.

Le noyau atomique a sans doute lui aussi un comportement superfluide, généré par le fait que ses constituants, les nucléons, ne se déplacent pas totalement indépendamment les uns des autres, mais souvent par paires. Ce comportement superfluide se manifeste en particulier lors des mouvements de vibration ou de rotation des noyaux, ainsi que par la sur-stabilité des noyaux ayant un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) pair de neutrons ou de protons par rapport à leurs voisins impairs. Mais il ne s'agit là que d'observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) indirectes de l'appariement des nucléons. En effet, ceux-ci sont prisonniers du noyau par l'action de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) forte et on ne peut pas caractériser leur appariement, comme par exemple la distance qui les sépare.


Analyse du mode de décroissance d'un carbone-18 très excité, qui se transforme en carbone-16 plus deux neutrons. Le pic étroit observé montre que la plupart des neutrons sont émis simultanément et sous la forme de paires fortement corrélées. © DR

Une équipe menée par des physiciens du GANIL (CNRS/CEA) et du LPC Caen (CNRS/Université Caen Normandie/Ensicaen) a mis en oeuvre, au sein de la collaboration R3B de l'installation GSI en Allemagne, une méthode innovante qui permet d'étudier des paires de neutrons en les extrayant du noyau atomique de manière très soudaine, hors de la portée de l'interaction du noyau. Des noyaux carbone-18 (isotope riche en neutrons: 6 protons pour 12 neutrons) ont été produits dans des états fortement excités, permettant à des paires de neutrons de s'en échapper. Lors de l'expérience, les chercheurs ont observé grâce au multi-détecteur de neutrons LAND qu'au sein d'une même paire, les caractéristiques d'un neutron (Le neutron est une particule subatomique de charge électrique totale nulle.) étaient fortement dépendantes de celles de l'autre. Le degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines...) de corrélation entre les neutrons éjectés est le plus fort jamais observé à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) dans un système quantique. Cette découverte va permettre d'affiner la modélisation des forces d'appariement des nucléons dans le noyau atomique, prélude à une meilleure description de ses propriétés superfluides.

Références
- A. Revel et al., Physical Review Letters 120, 152504 (2018) DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.152504
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