Fig. 1 Le spectromètre EXOGAM (à droite sur la plateforme bleue) couplé au spectromètre à particules VAMOS (à gauche)
Un même noyau peut exister dans son état dit fondamental (qui lui coûte le moins d’énergie, le plus stable) ou dans plusieurs états excités ; dans ce cas, il peut se désexciter en émettant du rayonnement gamma, c’est-à-dire des photons. En étudiant le noyau de Zirconium-98, produit lors d’une expérience au GANIL, les chercheurs souhaitaient étudier sa forme via la mesure du temps de vie des différents états excités. Cette expérience a nécessité les équipements de pointe du GANIL : le spectromètre VAMOS a permis d’identifier les noyaux produits lors de la réaction. Quant au détecteur EXOGAM, il a permis de mesurer les rayonnements gamma issus de la désexcitation du noyau et d’en déduire leur temps de vie (de l’ordre de la picoseconde) et donc leur forme (voir Fig. 1).
Les résultats montrent la coexistence de trois formes au sein du Zirconium-98 : sphérique lorsqu’il est dans son état fondamental, légèrement déformée à faible énergie d’excitation et fortement déformée à une énergie d’excitation supérieure (Fig. 2).
En comparant ces observations aux formes connues du Zirconium-100 (qui a seulement deux neutrons de plus), les chercheurs ont pu déduire que la transition de formes entre ces deux isotopes du Zirconium était soudaine, un phénomène rare. Ils ont également noté une inversion de la forme de ces noyaux dans leurs états fondamentaux et excités : le Zirconium-98 est sphérique au repos et déformé lorsqu’il est excité. Pour le Zirconium-100, c’est l’inverse. C’est ce qui explique le changement extrême de formes des états fondamentaux de ces noyaux. Ces observations révèlent la structure sous-jacente du noyau, fournissant ainsi de nouvelles contraintes pour les modèles de structure nucléaire qui, à l’exception du Modèle en Couche Monte Carlo, prédisaient des évolutions lentes de la forme du noyau.
Les résultats ont été publiés dans la revue Physical Review Letters le 9 novembre 2018 [1].
Fig. 2 : Représentation de trois états excités du noyau de Zirconium-98. Pour cet isotope, plus l’énergie d’excitation est forte, plus le noyau est déformé.
[1] P. Singh et al. Phys. Rev. Lett. 121, 192501 (2018).
Source: CEA IRFU