Des paires de neutrons corrélés témoignent de la superfluidité nucléaire
Publié par Adrien le 28/05/2018 à 00:00
Source: CNRS-IN2P3
Une équipe menée par des physiciens du GANIL et du LPC Caen a mis en oeuvre, au sein de la collaboration R3B de l'installation GSI en Allemagne, une méthode innovante qui permet d'étudier la superfluidité de la matière nucléaire en extrayant des paires de neutrons du noyau atomique (Le noyau atomique désigne la région située au centre d'un atome constituée de protons et de neutrons (les nucléons). La taille du noyau (10-15 m) est considérablement plus petite que celle de...) de manière très soudaine. Le noyau de carbone-18, étudié avec cette méthode, présente les corrélations entre neutrons les plus importantes jamais observées. Ce travail vient d'être mis en exergue par l'éditeur de la revue Physical Review Letters.

La notion de superfluidité est associée à des phénomènes fréquemment rencontrés en physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) du solide lorsque la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de...) est portée à une très basse température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert de...). Elle se caractérise par exemple par une très forte diminution de la viscosité lors de l'écoulement de l'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il ouvre la série des gaz nobles dans le tableau périodique des éléments. Son point...) liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.), ou encore par une très faible résistance au passage du courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique, généralement des électrons, au sein d'un matériau conducteur. Ces...) dans les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) supraconducteurs.

Le noyau atomique a sans doute lui aussi un comportement superfluide (La superfluidité est un état quantique de la matière qui a été découvert pour la première fois en 1937 par Pyotr Leonidovitch Kapitsa, simultanément avec, semble-t-il, John F. Allen et A. Don Misener, avec l'hélium.), généré par le fait que ses constituants, les nucléons, ne se déplacent pas totalement indépendamment les uns des autres, mais souvent par paires. Ce comportement superfluide se manifeste en particulier lors des mouvements de vibration ou de rotation des noyaux, ainsi que par la sur-stabilité des noyaux ayant un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) pair de neutrons ou de protons par rapport à leurs voisins impairs. Mais il ne s'agit là que d'observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré...) indirectes de l'appariement des nucléons. En effet, ceux-ci sont prisonniers du noyau par l'action de 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 :) forte et on ne peut pas caractériser leur appariement, comme par exemple la distance qui les sépare.


Analyse du mode de décroissance d'un carbone-18 très excité, qui se transforme en carbone-16 plus deux neutrons. Le pic étroit observé montre que la plupart des neutrons sont émis simultanément et sous la forme de paires fortement corrélées. © DR

Une équipe menée par des physiciens du GANIL (CNRS/CEA) et du LPC Caen (CNRS/Université Caen Normandie/Ensicaen) a mis en oeuvre, au sein de la collaboration R3B de l'installation GSI en Allemagne, une méthode innovante qui permet d'étudier des paires de neutrons en les extrayant du noyau atomique de manière très soudaine, hors de la portée de l'interaction du noyau. Des noyaux carbone-18 (isotope riche en neutrons: 6 protons pour 12 neutrons) ont été produits dans des états fortement excités, permettant à des paires de neutrons de s'en échapper. Lors de l'expérience, les chercheurs ont observé grâce au multi-détecteur de neutrons LAND qu'au sein d'une même paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts a et b, et il s'écrit alors :), les caractéristiques d'un neutron (Le neutron est une particule subatomique. Comme son nom l'indique, le neutron est neutre et n'a donc pas de charge électrique (ni positive, ni négative). Les neutrons, avec les protons, sont les constituants du...) étaient fortement dépendantes de celles de l'autre. Le degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) de corrélation entre les neutrons éjectés est le plus fort jamais observé à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil...) dans un système quantique. Cette découverte va permettre d'affiner la modélisation des forces d'appariement des nucléons dans le noyau atomique, prélude à une meilleure description de ses propriétés superfluides.

Références
- A. Revel et al., Physical Review Letters 120, 152504 (2018) DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.152504
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