Recherchez sur tout Techno-Science.net
       
Techno-Science.net : Suivez l'actualité des sciences et des technologies, découvrez, commentez
Catégories
Techniques
Sciences
Encore plus...
Techno-Science.net
Bons plans et avis Gearbest: Xiaomi Mi Mix2, OnePlus 5T
Code promo Gearbest: réduction, coupon, livraison...
Photo Mystérieuse

Que représente
cette image ?
Posté par Michel le Vendredi 11/11/2011 à 12:00
Une condensation Bose-Einstein dans des noyaux atomiques
Des travaux théoriques menés depuis les années 2000 prédisaient pour certains états excités de noyaux légers une condensation alpha de type Bose-Einstein. En étudiant les produits de fragmentation de projectiles 40Ca produits dans des collisions d’ions lourds auprès du cyclotron (Le cyclotron est un type d’accélérateur circulaire inventé par Ernest Orlando Lawrence en 1931. Dans un cyclotron, les particules placées dans un champ...) supraconducteur du Laboratoire national du Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) à Catane (Catane (Catania) est une ville de la province du même nom en Sicile en Italie. C'est la deuxième ville la plus peuplée de l'île (environ 300 000 habitants) derrière Palerme. La conurbation...) (Italie), les physiciens de la collaboration Isospin (En physique des particules, l'isospin est une symetrie de l'intéraction forte qui est mathématiquement analogue au spin. On dit aussi que c'est un nombre quantique.) (CNRS(1), NIPNE Bucarest(2), INFN et Universités italiennes(3), CEA(4)) viennent de montrer qu’un état excité du 12C se désexcite en particulier par une émission simultanée de trois particules alpha de même énergie. Ces résultats, qui signent de manière directe l’état condensat présent dans ce noyau, sont publiés dans la revue Physics Letter B(5).


Le multi-détecteur Chimera. Copyright: INFN

"C’est une belle théorie, mais contient-elle quelque chose de vrai ?". C’est par ces mots qu’en 1924 Einstein commente, sur la base du papier (Le papier (du latin papyrus) est une matière fabriquée à partir de fibres cellulosiques végétales et animales. Il se présente sous forme de feuilles minces...) de Bose consacré à la description des quanta de lumière, l’étonnante prédiction qu’il vient d’obtenir quant au comportement à très basse température d’un gaz parfait (Le gaz parfait est un modèle thermodynamique décrivant le comportement de tous les gaz réels à basse pression p.). Selon ses calculs, un tel gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a...) "condense" au-dessous d’une certaine température critique, en ce sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant...) qu’une fraction importante des composants identiques adopte simultanément le même état d’énergie minimale. Il faudra attendre 1938, après la découverte de la superfluidité de l’hélium liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) pour que London ait l’intuition que la superfluidité était une manifestation de la condensation (La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de la matière qui passe d'un état...) de Bose-Einstein. Enfin, en 1995, en combinant différentes techniques de refroidissement, les équipes expérimentales de Cornell et du MIT obtenaient les températures et densités requises et observaient la condensation de Bose-Einstein pour des vapeurs de rubidium et de sodium (Le sodium est un élément chimique, de symbole Na et de numéro atomique 11. C'est un métal mou et argenté, qui appartient aux métaux...).

Pour les noyaux atomiques, c’est à partir des années 2000 que des travaux théoriques sont apparus après qu’il ait été montré que dans la matière nucléaire symétrique (égal nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de protons et de neutrons) à faible densité, une condensation sous forme de particules alpha était favorisée. Quels sont les résultats pour les noyaux atomiques ? Par exemple, le premier état excité 0+ du carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.), le fameux état de Hoyle au rôle crucial pour la nucléosynthèse du carbone dans l’Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), est l’un des états décrits par un condensat de particules alpha. Son volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) est trois fois plus grand que celui du noyau dans l’état fondamental et les particules alpha se comportent majoritairement comme les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est...) d’un gaz qui "condense". Expérimentalement, pour tester ces prédictions, la situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre plus général afin de le qualifier...) est a priori très délicate puisqu’il faut, après avoir produit ces états excités, détecter et identifier leur décroissance en trois particules alpha d’égale et très faible énergie cinétique.

La solution a consisté à produire ces noyaux excités à grande vitesse (On distingue :) dans le laboratoire. Bénéficiant ainsi d’une grande vitesse d’entraînement la caractérisation de leurs décroissances ainsi que l’identification et la mesure des particules alpha émises se fait dans d’excellentes conditions expérimentales si l’on dispose d’une détection à très haute granularité. La fragmentation de projectiles 40Ca à l’aide de collisions d’ions lourds a produit les noyaux avec l’état excité désiré et le multi-détecteur Chimera, installé à Catane et composé de 1192 modules de détection, a détecté les décroissances recherchées. Il a été ainsi mesuré que 7,5 ± 4.0 % de la décroissance par particule alpha se fait de manière directe avec trois particules de même énergie signant ainsi les propriétés énergétiques d’un condensat. Les calculs théoriques indiquent que l’état de Hoyle est constitué à 70% par des particules alpha dans le même état de plus basse énergie. Nous savons aussi que si, au moment de la désexcitation de l’état, deux particules alpha sont suffisamment voisines alors la désexcitation se fera de façon séquentielle avec une première émission d’une particule alpha puis la décroissance du noyau 8Be, instable dans son niveau fondamental. La balle est maintenant à nouveau dans le camp des théoriciens pour calculer la probabilité de décroissance avec trois particules alpha de même énergie et confronter le résultat à l’expérience.

Notes:

(1) CNRS/IN2P3: Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) national de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) nucléaire et de physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que...) du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).). Laboratoires IN2P3 (L'Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3) est un institut de recherche fondamentale du CNRS dont le domaine de recherche est comme son nom...) impliqués dans la collaboration Isospin: Institut de physique nucléaire d’Orsay – IPNO (CNRS/Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents...) Sud 11), Institut de physique nucléaire de Lyon – IPNL (CNRS/Université Claude Bernard), Laboratoire de physique corpusculaire – LPC Caen (CNRS/Université de Caen Basse-Normandie/EnsiCaen), Grand accélérateur national d’ions lourds – Ganil (CNRS/CEA).

(2) NIPNE: Institut national de physique et d’ingénierie nucléaire, Bucarest, Roumanie.

(3) INFN: Istituto nazionale di fisica nucleare. Laboratoires INFN impliqués dans la collaboration Isospin: Laboratori nazionali del sud – LNS Catania, Sezione di Catania, Sezione di Bologna. Universités italiennes: Università di Catania, Università di Bologna, Università di Enna.

(4) CEA/DSM: Direction des sciences de la matière du CEA.

(5) "Evidence for alpha-particle condensation in nuclei from the Hoyle state deexcitation", Physics Letters B 705, 65 (2011)


Commentez et débattez de cette actualité sur notre forum Techno-Science.net. Vous pouvez également partager cette actualité sur Facebook, Twitter et les autres réseaux sociaux.
Icone partage sur Facebook Icone partage sur Twitter Partager sur Messenger Icone partage sur Delicious Icone partage sur Myspace Flux RSS
Source: CNRS-IN2P3