Physique nucléaire: un modèle "étrange" qui monte en énergie

Publié par Redbran le 23/04/2020 à 13:00
Source: CEA
Une équipe de physiciens menée par l'Irfu a développé une nouvelle version du code INCL qui prend en compte la création de particules "étranges" pour décrire des interactions particule-noyau à des énergies plus élevées. INCL permettra désormais d'étudier l'impact des rayonnements cosmiques sur les météorites et les planètes ou les "hypernoyaux".

Dans une réaction nucléaire (Une réaction nucléaire est une transformation d'un ou plusieurs noyaux atomiques, elle se...) dite "de spallation", un faisceau de particules énergétiques - par exemple des protons accélérés à quelques centaines de MeV - bombarde une cible. Les protons incidents subissent une série de collisions avec les nucléons (protons et neutrons) composant les noyaux de la cible et éjectent quelques-uns des nucléons heurtés. Cette première étape, rapide - appelée cascade intranucléaire - est suivie de la désexcitation lente (La Lente est une rivière de la Toscane.) du noyau résiduel.


Exemple de réaction traitée par INCL. Partie haute, 1e étape, la cascade intra-nucléaire (durée: ~10^-22 s). Un proton (p) heurte un noyau fait de protons (p) et neutrons (n), ce qui produit, et provoque l'émission de particules (e.g. pion (Le terme Pion peut désigner :) (π), Delta (Δ)). La partie basse, 2nde étape, traite la désexcitation du noyau chaud issu de la cascade (durée: ~10^-20 - 10^-16 s).
© CEA IRFU

En étroite collaboration avec l'Université de Liège (L’Université de Liège est une université de Belgique située à...), un groupe de l'Irfu a développé de longue date un modèle de cascade intranucléaire, intégré à un code de simulation Monte-Carlo: INCL (Intra Nuclear Cascade from Liège). Couplé à un code de désexcitation, INCL aide à mettre au point (Graphie) des examens de protonthérapie (La protonthérapie est une technique particulière de radiothérapie visant à...) et décrit des sources de neutrons utilisant la spallation.

Cependant, pour étendre le domaine de validité d'INCL à plus haute énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) (20 GeV), les chercheurs ont dû introduire dans leur modèle des particules "étranges" - qui contiennent un quark (Les quarks sont des fermions que la théorie du modèle standard décrit, en compagnie...) ou antiquark étrange (s ou strange) - car la formation de cette variété de quarks, d'énergie plus élevée que les quarks "ordinaires" (up et down), devient possible au cours de la cascade intranucléaire. Pour cela, ils ont intégré à leur code quelque... 400 sections efficaces de particules exotiques ! 17% des valeurs étaient connues grâce à des expériences, 55% ont pu être déduites d'autres valeurs, mais 28% d'entre elles (plus de 100) ont dû être déterminées à l'aide de modèles.

La capacité d'INCL à décrire la création de particules étranges a été testée avec succès grâce à des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) expérimentales provenant de diverses installations à travers le monde (Le mot monde peut désigner :).

L'extension d'INCL est particulièrement intéressante pour étudier de manière plus précise les noyaux formés par l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) cosmique - composé à 87% de protons, 12% de noyaux d'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il...) et 1% de d'ions plus lourds - avec les météorites et les planètes qu'il rencontre, et ainsi mieux comprendre l'histoire de ces corps célestes.

Elle permettra aussi d'approfondir la connaissance des hypernoyaux, dans lesquels un nucléon (Le terme nucléon désigne de façon générique les composants du noyau atomique, i.e. les protons...) est remplacé par une ou plusieurs particules contenant un quark étrange, et en particulier d'analyser l'impact de l'étrangeté sur les propriétés fondamentales des noyaux, notamment leur temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) de vie (La vie est le nom donné :) et le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles...) de la ligne de stabilité relative au nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de neutrons.

Enfin, les concepteurs d'INCL sont sollicités pour de futures extensions aux interactions antiproton-noyau, pour des expériences sur l'antimatière (L'antimatière est l'ensemble des antiparticules des particules composant la matière...) au Cern et la collaboration Panda à FAIR (Facility for Antiprotons and Ions Research), en Allemagne. À suivre...

Références:
Strangeness production in the new version of the Liège intranuclear cascade model, Phys. Rev. C

Pour plus d'information voir:
http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast.php (PHP (sigle de PHP: Hypertext Preprocessor), est un langage de scripts libre principalement...)?t=fait_marquant&id_ast=4749
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