Un modèle théorique fiable pour représenter la structure des noyaux

Quel est le noyau le plus lourd que l'on puisse synthétiser ? Combien de noyaux pourraient vivre suffisamment longtemps pour être créés en laboratoire et étudiés ? Parmi eux, quels sont ceux qui ont été produits lors de la création de l'Univers ? Pour étudier ces questions, les physiciens ont besoin d'outils théoriques suffisamment fiables, leur permettant de prédire la structure des noyaux. Des physiciens du CEA DAM (1) - Ile de France, en collaboration avec un professeur de l'université de Washington Seattle, viennent de démontrer la qualité remarquable de leur modèle de prédiction de structure nucléaire, grâce à des comparaisons théorie/expérience sur plus de 500 noyaux. Les bonnes performances de ce modèle le placent parmi les meilleures approches au monde pour décrire la structure des noyaux. Les résultats viennent de paraître dans la revue Physical Review Letters.


Le modèle microscopique développé par les chercheurs ne contient pas de paramètre ajustable et permet donc de décrire tous les noyaux à partir de leurs constituants élémentaires (protons et neutrons). La force d'interaction entre nucléons, dite force de Gogny (2), constitue l'ingrédient de base du modèle, auquel ont été intégrés la rotation et la vibration du noyau.

Grâce aux supercalculateurs du CEA, les chercheurs ont testé les performances globales de cette approche sur 519 noyaux (3). La comparaison a porté sur les propriétés du 1er niveau excité de chaque noyau. L'énergie d'excitation, la probabilité de transition vers l'état fondamental et le moment quadripolaire spectroscopique (qui est un indicateur de la forme du noyau) de ces états ont été comparés aux données expérimentales existantes. Quantitativement, le nouveau modèle s'avère très précis: l'écart moyen entre la théorie et l'expérience est de seulement 12%.

Ce modèle de structure nucléaire, d'une grande fiabilité, sera un outil important pour l'étude des noyaux synthétisés grâce aux nouvelles générations de faisceaux radioactifs tels que ceux fournis par le GANIL (4) à Caen.

Notes:

(1) DAM: Direction des applications militaires
(2) La force de Gogny permet de décrire l'interaction entre 2 nucléons, dans l'environnement des autres nucléons qui constituent le noyau. Elle a été proposée et mise au point dans les années 1970 par le physicien Daniel Gogny, qui a travaillé au CEA DAM-Ile de France. La force de Gogny est aujourd'hui utilisée par de nombreux physiciens nucléaires de la communauté internationale.
(3) Portant un nombre pair de neutrons et de protons
(4) GANIL: Grand accélérateur national d'ions lourds