Le multidétecteur FAZIA éclaire d'un nouveau jour les collisions nucléaires
Publié par Redbran le 26/07/2019 à 14:00
Source: CNRS IN2P3

crédit: P.Stroppa/CEA
Au GANIL une collaboration européenne (1) vient de terminer la toute première expérience avec le démonstrateur FAZIA. Un multidétecteur capable de donner une identification complète des noyaux qu'il détecte. Une prouesse mise à profit pour sonder le comportement "fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les...)" des nucléons dans les noyaux atomiques. La moisson s'annonce prometteuse.

Le multidétecteur FAZIA jette un regard inédit sur les noyaux en distinguant quels isotopes sortent des collisions. Et cela change beaucoup de choses pour les physiciens nucléaires. Jusqu'ici INDRA était l'outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des actions...) de référence au GANIL pour regarder les résultats de collisions entre un faisceau d'ions et une cible, mais ce détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a été spécifiquement...) qui officie depuis 1993, a une sérieuse limitation. Les multiples noyaux produits par chaque 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.) ne sont identifiés qu'en termes de nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de protons contenus, Z. Autrement dit, INDRA ne voit que la charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être transporté.) et pas la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps...), et il lui est impossible d'identifier les isotopes formés. Avec FAZIA, les chercheurs chaussent de nouvelles lunettes et distinguent avec précision la composition complète des noyaux (protons + neutrons) allant de l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) jusqu'aux isotopes du calcium (Z=20) voire du manganèse (Z=25).

FAZIA fonctionnera en tandem avec INDRA

Reste que pour l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y...), le démonstrateur FAZIA, est un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) de 12 modules qui ne couvre qu'un angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) réduit autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis,...) des collisions. C'est pourquoi, il a été couplé avec INDRA, qui malgré ses limitations, à quant à lui l'énorme avantage de couvrir toutes les directions. C'est donc sous cette forme hybride (En génétique, l'hybride est le croisement de deux individus de deux variétés, sous-espèces (croisement intraspécifique),...) que le démonstrateur FAZIA fait ses premières expériences. Et pour inaugurer ce nouvelle assemblage, la collaboration a choisi d'étudier finement la manière dont les nucléons se comportent et interagissent entre eux au cours de collisions.


En effet, il faut imaginer le noyau comme une gouttelette d'un fluide extrêmement dense (de l'ordre de 10^17 kg/m³) dont les propriétés reflètent 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.) nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) entre les nucléons. Les physiciens ont développé des modélisations de cette "goutte liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.)" qui décrivent avec succès certaines propriétés macroscopiques des noyaux connus sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus...), comme leur masse par exemple. Cependant ces modèles ne fonctionnent pas dans toutes les situations. On observe notamment une divergence dans des situations de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) ou de constitution hors normes comme dans des phases critiques de la vie (La vie est le nom donné :) des étoiles. Cette limite des modèles montre que le fluide nucléaire a encore des secrets à livrer.

Etudier le comportement du fluide nucléaire

La stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) adoptée par l'équipe INDRA/FAZIA pour progresser dans la compréhension du fluide nucléaire est de provoquer et observer des collisions très spéciales entre isotopes de Nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.) (Ni58/Ni58, Ni58/Ni64, Ni64/Ni58 et Ni64/Ni64). La collision a lieu à une 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.) savamment dosée pour que le choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de civilisation ou de particules de hautes énergies.) n'entraîne pas une dislocation (En science des matériaux, une dislocation est un défaut linéaire correspondant à une discontinuité dans l'organisation de la...) brutale, mais au contraire laisse le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) aux noyaux d'interagir l'un avec l'autre. Ils échangent alors des nucléons avant de finalement se disloquer en de multiples fragments. "Il s'en forme suivant les conditions de 5 à 30 voire 40 parfois" précise John Frankland responsable des systèmes d'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un bien.) de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire,...) pour l'expérience. En provoquant cette fragmentation avec différents isotopes, donc avec plus ou moins de neutrons dans les noyaux de Nickel, les scientifiques pourront étudier les différences subtiles dans le comportement du fluide nucléaire directement liées à sa composition. Des différences d'une importance clé pour la compréhension, par exemple, des étoiles à neutrons.

Dans l'expérience qui vient de se terminer, les scientifiques utilisaient un démonstrateur de FAZIA composé de 12 modules de 80cm de long et 15kg chacun placés en aval de la cible pour recevoir les débris. A l'avenir, le 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...) est de créer un détecteur qui couvre l'ensemble des directions pour ne rater aucun débris. Mais pour cela il faudra parvenir à miniaturiser les composants. Un développement qui est encore en discussion actuellement.

(1) La collaboration FAZIA réunit des chercheurs de laboratoires français (Grand accélérateur national d'ions lourds, Laboratoire de Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) Corpusculaire de Caen, 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...) de Physique Nucléaire (La physique nucléaire est la description et l'étude du principal constituant de l'atome : le noyau atomique. On peut distinguer :) d'Orsay, Subatech), italiens (INFN Firenze, Catania, Napoli, Padova, Bologna), polonais (Université Jagiellonian de Cracovie Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) de Varsovie)

En savoir plus:

Article sur le site du GANIL

Le site de collaboration FAZIA

Contacts:

- Emmanuel Jullien - Chargé de communication (Le chargé de communication développe des actions de communication vers des publics variés en cohérence avec la stratégie générale de...).
emmanuel.jullien at 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...).fr

- Fanny Farget - DAS Nucléaire et Applications.
fanny.farget at in2p3.fr

- John Frankland - Chargé 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...) au GANIL.
john.frankland at ganil.fr
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