Le multidétecteur FAZIA éclaire d'un nouveau jour les collisions nucléaires

Publié par Redbran le 26/07/2019 à 14:00
Source: CNRS IN2P3
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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" 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 de référence au GANIL pour regarder les résultats de collisions entre un faisceau d'ions et une cible, mais ce détecteur 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...) ne sont identifiés qu'en termes de nombre de protons contenus, Z. Autrement dit, INDRA ne voit que la charge et pas la masse, 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 (Le manganèse est un élément chimique, de symbole Mn et de numéro atomique 25.) (Z=25).

FAZIA fonctionnera en tandem avec INDRA

Reste que pour l'heure, le démonstrateur FAZIA, est un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) de 12 modules qui ne couvre qu'un angle réduit autour 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 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 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" qui décrivent avec succès certaines propriétés macroscopiques des noyaux connus sur Terre, 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...) ou de constitution hors normes comme dans des phases critiques de la vie 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...) 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 (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...) savamment dosée pour que le choc n'entraîne pas une dislocation (En science des matériaux, une dislocation est un défaut linéaire correspondant...) brutale, mais au contraire laisse le temps 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...) de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) 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 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 Corpusculaire de Caen, Institut de Physique Nucléaire (La physique nucléaire est la science qui étudie non seulement le noyau atomique en tant...) 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...) de Varsovie)

En savoir plus:

Article sur le site du GANIL

Le site de collaboration FAZIA

Contacts:

- Emmanuel Jullien - Chargé de communication.
emmanuel.jullien at in2p3.fr

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

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