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 distingue d'une réaction chimique qui concerne les électrons ou les liaisons entre les...) 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 (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures)....) de Liège, 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 détruire les cellules cancéreuses en les irradiant avec un faisceau de particules....) 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 chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) (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 de la famille des leptons, comme les constituants...) 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 codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...) 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 d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de...) du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule...) 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 ouvre la série des gaz nobles dans le tableau périodique des éléments. Son point d'ébullition est le plus bas parmi...) 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 et les neutrons qui sont tous deux des baryons. Le nombre de...) 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 changement dans le monde.) 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 orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme...) de la ligne de stabilité relative au nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) 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 classique — celle dont est faite la Terre. Le...) 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 utilisé pour produire des pages Web dynamiques via un serveur HTTP, mais...)?t=fait_marquant&id_ast=4749
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