Des protons sous stéroïdes dans les étoiles à neutrons ?
Publié par Redbran le 03/09/2018 à 12:00
Source: CEA IRFU
Dans un article publié en août 2018 dans la revue Nature, la collaboration CLAS de Jefferson Lab (USA) rapporte une étude extensive sur les corrélations de courte portée entre nucléons dans différents noyaux. La conclusion va à l'encontre de l'intuition, indiquant que plus le ratio du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de neutrons sur le nombre de protons dans un noyau est grand, plus la vitesse (On distingue :) des protons est grande par rapport à celle des neutrons. Ces protons très rapides pourraient être une clé pour comprendre la formation de systèmes ultra-riches en neutrons comme les étoiles à neutrons ainsi que leur coalescence observée pour la première fois il y a un an. Ce phénomène est d'autant plus important qu'il pourrait contribuer à la création des éléments lourds de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.).


Figure 1: Diffusion d'un électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants de...) sur un noyau. Le spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant d'étudier de décomposer une quantité observée — un faisceau lumineux en spectroscopie, ou bien un mélange de...) CLAS détecte l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude...) de l'état final: électron diffusé et 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 :) de nucléons

La collaboration internationale CLAS rassemble environ 200 physiciens dans plus de 40 instituts de 9 pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas...), dont une équipe de 7 physiciens du DPhN. Elle a utilisé un spectromètre à grande acceptance appelé CLAS de 1998 à 2012, qui depuis fin 2017, est devenu CLAS12 suite à d'importantes améliorations techniques, auxquelles l'Irfu a contribué via un trajectographe central innovant utilisant des Micromegas cylindriques. Les 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 événement, etc.) utilisées dans l'analyse de cet article Nature sont issues d'une ré-analyse récente de données prises en 2004, démontrant par là même l'importance d'une gestion adéquate des données dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) pour ces grandes collaborations.

Le spectromètre CLAS a ainsi collecté il y a 14 ans des données de diffusion d'électrons sur des cibles telles que le carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.), l'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre...), le fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau...) et le plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole viennent du latin plumbum.), permettant ainsi de faire varier de manière relative le nombre de protons et de neutrons dans les noyaux sondés, le carbone étant symétrique et le plomb ayant environ 50% plus de neutrons que de protons. La grande acceptance du spectromètre CLAS a permis de détecter les événements avec un électron diffusé ainsi qu'une paire de nucléons, et d'en mesurer la vitesse ou l'impulsion. La réaction étudiée est représentée sur la figure 1.


Figure 2: Fraction de nucléons ayant une haute impulsion en fonction de l'excès en neutrons. En rouge les protons, en bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosité du cyan à une...) les neutrons.

Le résultat est sans appel, comme le montre la figure 2: en passant du carbone au plomb, le nombre de protons à haute impulsion augmente d'environ 50%, alors que l'on observe une baisse de 10% pour les neutrons à haute impulsion. Une fraction plus importante de protons est ainsi "entrainée" à haute impulsion par les neutrons au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située dans la...) et à mesure que le rapport neutrons sur protons (N/Z) augmente. Ces protons de haute impulsion pourraient s'avérer cruciaux pour la compréhension des étoiles à neutrons, dont le nombre de neutrons est bien supérieur au nombre de protons. En effet, la distribution en impulsion des neutrons et protons dans ces astres affecte leur processus de refroidissement et leur équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre l'équation consiste à déterminer toutes les façons de...) d'état notamment dans la partie extérieure de l'étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche...). Une modification de l'équation d'état et plus particulièrement de son terme de symétrie pourrait de plus avoir une influence dans le processus de coalescence de binaires d'étoiles à neutrons, un phénomène qui a d'ailleurs été détecté par LIGO/VIRGO il y a un an pour la première fois, et qui constituerait l'une des clés pour comprendre la création des éléments plus lourds que le fer dans l'univers.


Livraison de l'aimant Glad à GSI

Un grand programme expérimental dirigé par l'Irfu et financé par l'ANR (Cocotier (Cocotier est un nom vernaculaire ambigu désignant en français certaines plantes de la famille des Arecaceae, la plus connue étant l'espèce Cocos nucifera. Botaniquement parlant, les cocotiers ne sont pas...)) est en cours d'élaboration pour aller encore plus loin dans cette étude. En effet, dans les données CLAS, le ratio neutrons/protons change pour chaque noyau étudié, mais la nature même du noyau change et notamment sa masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la...) et sa taille, rendant plus délicate l'interprétation théorique. Notre projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution,...) Cocotier tient son originalité dans l'utilisation d'isotopes de carbone en cinématique (En physique, la cinématique est la discipline de la mécanique qui étudie le mouvement des corps, en faisant abstraction des causes du mouvement (celles-ci sont généralement modélisées par des forces et...) inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1 désigne...) à GSI (Allemagne), permettant ainsi de faire varier davantage le rapport neutrons sur protons (entre 0.6 et 3) dans un noyau de même nature et faire cette étude de manière plus précise et contrôlée. Les données expérimentales de cette expérience utilisant l'aimant GLAD de R3B livré en 2015 à GSI (Allemagne) - une réalisation de l'Irfu pour FAIR - pourraient être prises à partir de mi-2019.
Page générée en 0.348 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique