Existe-t-il un élément super-lourd ultime ?

Publié par Redbran le 10/07/2020 à 13:00
Source: CEA
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Grâce à un détecteur équipé d'électronique numérique, des chercheurs du CEA-Irfu et leurs partenaires finlandais ont mesuré la durée de demi-vie d'un état excité de nobelium 250, près de dix fois plus longue que celle de son état fondamental (En physique quantique, les états fondamentaux d'un système sont les états quantiques de plus...) (proche de 35 µs). Une première pour des durées aussi courtes !

L'état quantique d'un noyau atomique (Le noyau atomique désigne la région située au centre d'un atome constituée de...) est lié à l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) des niveaux d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) occupés par les protons et les neutrons qui le composent. Or certains états excités du noyau ne sont pas plus instables que l'état d'énergie la plus basse (fondamental) - dont la durée de vie est typiquement de l'ordre de la picoseconde (10-12 s) - mais au contraire, peuvent "survivre" des secondes, des heures, voire même des années. Ces états dits isomériques sont intéressants à étudier pour la traque aux éléments les plus lourds du tableau périodique.

Ces dernières années, l'électronique numérique a gagné du terrain dans les expériences de physique nucléaire (La physique nucléaire est la science qui étudie non seulement le noyau atomique en tant...). Elle permet désormais d'échantillonner les signaux provenant d'un détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change...) à plan focal à une fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) de 50 à 100 MHz et il est ensuite possible de séparer, grâce à des algorithmes, des événements très proches temporellement.

Avec ce type de dispositif, des physiciens de l'Irfu et de Jyväskylä (Finlande) ont pu étudier pour la première fois la spectroscopie de désintégration du nobelium 250 (250No), composé de 102 protons et 148 neutrons, qui possède un état isomérique particulièrement intéressant.

Le nobelium 250 est ici produit à la fois dans l'état isomérique et dans l'état fondamental, par collision entre un faisceau de particules et une cible. L'état isomérique se désintègre via des états excités intermédiaires, en émettant des électrons et des rayons gamma, avant d'atteindre finalement l'état fondamental. Celui-ci étant radioactif, il se désintègre par divers mécanismes dont la fission.

Après sa production au niveau de la cible, le nobélium 250 est séparé de la plus grande partie des autres produits de réaction grâce à un séparateur. Il est ensuite implanté dans un pixel du détecteur localisé au plan focal du séparateur. Dans ce même pixel, trois événements peuvent être identifiés successivement:
- la réaction nucléaire donnant naissance aux deux états de 250No (via un produit de réaction),
- la désintégration de l'état isomérique de 250No (via une bouffée d'électrons),
- la fission de l'état fondamental de 250No (via un produit de fission).

Les chercheurs en déduisent la durée de demi-vie de l'état fondamental de 250No (3,8 ± 0,3 μs) et celle, plus longue, de son état isomérique (34,9-3,2+3,9 μs).

Cette "anomalie" suggère que l'existence de l'état isomérique oppose un obstacle à la fission de l'état fondamental de 250No, contribuant ainsi à la stabilité du noyau. Ce phénomène a également des conséquences importantes pour les modèles de structure nucléaire (La connaissance de la structure des noyaux atomiques, ou structure nucléaire est un des...) visant à déterminer les limites de l'îlot de stabilité des éléments super-lourds.

Où se termine le tableau périodique ? Les physiciens ne le savent pas encore mais pourraient bien apporter prochainement une réponse à cette question...


(c)Jyväskylä

Références:
Stability of the heaviest elements: K isomer in 250No, Phys. Rev. C

Voir aussi notre précédent article sur le même sujet:
Éléments lourds: où se termine le tableau périodique des éléments ?
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