Un nouveau noyau atomique en forme de poire

Publié par Redbran le 19/02/2020 à 14:00
Source: CERN/Ana Lopes
Une expérience menée auprès de l'installation ISOLDE du CERN montre que le noyau du 222Ra (isotope du radium) a la forme d'une poire.


Le 224Ra et son noyau en forme de poire (Image: CERN)

La plupart des noyaux ont la forme d'un ballon de football ou de rugby. Des théories de physique nucléaire (La physique nucléaire est la science qui étudie non seulement le noyau atomique en tant...) prédisent toutefois que certains noyaux peuvent prendre une forme exotique, comme celle d'une poire (La poire est un fruit climactérique constitué du réceptacle floral, le piridion, sur...), une extrémité du noyau contenant davantage de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) que l'autre. En 2013, une équipe de scientifiques travaillant à ISOLDE, l'installation de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) du CERN, montrait qu'un isotope (Le noyau d'un atome est constitué en première approche de protons et de neutrons. En physique...) du radium (Le radium est un élément chimique de symbole Ra et de numéro atomique 88.), le 224Ra, avait un noyau en forme de poire. Il s'agissait du deuxième exemple connu de cette catégorie particulière de noyaux. Le premier, le 226Ra, avait été découvert 25 ans plus tôt par une collaboration dirigée par le GSI. Selon d'autres études réalisées au Laboratoire national d'Argonne, plusieurs isotopes du baryum (Le baryum est un élément chimique de symbole Ba et de numéro atomique 56.) pourraient également avoir la forme d'un poire. Une nouvelle étude menée à ISOLDE par la même équipe que celle qui avait étudié le 224Ra vient donc ajouter un nouveau noyau à cette catégorie si rare de noyaux.

Dans leur quête de noyaux en forme de poire, les scientifiques mesurent d'habitude les probabilités de certaines transitions entre états nucléaires, dites transitions octupolaires. Avec un noyau en forme de poire, ces probabilités augmentent. C'est précisément ce que l'équipe d'ISOLDE ainsi que d'autres groupes étudiant les formes des noyaux ont observé dans leurs précédentes expériences.

Dans ses derniers travaux, et grâce à l'amélioration récente du système d'accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique,...) d'ISOLDE, qui peut désormais accélérer des faisceaux d'isotopes radioactifs à des énergies sans précédent, l'équipe d'ISOLDE est parvenue à mesurer les probabilités de plusieurs transitions octupolaires dans le 222Ra et le 228Ra. À partir de ces mesures, elle en a déduit que le 222Ra avait une forme de poire stable, alors que le 228Ra oscille entre la forme d'une poire et son image miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme...).

"Nos résultats nous ont permis de conclure qu'il n'y a à ce jour dans la nature que trois cas (222Ra, 224Ra and 226Ra) pour lesquels il existe une preuve irréfutable d'un noyau en forme de poire", a déclaré Peter Butler, de l'Université de Liverpool (L'université de Liverpool (University of Liverpool) est une université anglaise...) (Royaume-Uni) et responsable scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) de l'étude.

Dès lors, pourquoi est-il intéressant de trouver d'autres noyaux en forme de poire ? Plus il y en a, mieux c'est ; ces noyaux exotiques sont en effet utiles pour mettre à l'épreuve les théories nucléaires actuelles. De plus, ils pourraient être utilisés pour la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) d'un moment dipolaire électrique dans les particules.

Le moment dipolaire électrique décrit la séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque...) du centre de masse du centre de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) d'une particule. D'après le Modèle standard de la physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants...), il ne devrait pas être nul, mais avoir une valeur très faible. Toutefois, d'après les théories au-delà du Modèle standard, il devrait être bien plus élevé. Par ailleurs, si un moment dipolaire électrique nucléaire existe, on devrait pouvoir le mesurer plus facilement dans les noyaux en forme de poire. C'est pourquoi les noyaux en forme de poire pourraient permettre de tester des variantes du Modèle standard et d'étudier de nouveaux phénomènes de physique.
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