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Paris, 25 avril 2002

Existe-t-il un noyau constitué seulement de neutrons ?

Une équipe internationale, menée par des physiciens du laboratoire de physique corpusculaire de Caen (CNRS/IN2P3-ISMRA)(1) , présente des résultats expérimentaux permettant de penser qu'il pourrait exister un noyau atomique lié constitué de quatre neutrons (un « tétraneutron »). Ces résultats, publiés prochainement dans Physical Review C, ont pu être obtenus grâce à l'utilisation des faisceaux exotiques du Grand accélérateur national d'ions lourds à Caen (Ganil, CEA-CNRS). Si elle est confirmée, cette découverte, qui remettrait en cause les modèles théoriques actuels, aura d'importantes implications en physique nucléaire.

Un des enjeux majeurs de la physique nucléaire est de comprendre comment les noyaux atomiques se construisent à partir de leurs constituants, les nucléons (protons et neutrons). Quelques faits simples sont maintenant établis : d'une part, tous les noyaux plus lourds que le noyau d'hydrogène (constitué d'un seul proton) comprennent à la fois des protons et des neutrons. D'autre part, un système comportant seulement deux neutrons n'est pas lié ... mais peu s'en faut : un léger surcroît d'attraction entre les deux particules mènerait à la formation d'un édifice lié, le « dineutron ». Enfin, l'étude des noyaux comportant plus de deux neutrons montre que, bien souvent, l'addition d'un neutron supplémentaire accroît la stabilité de l'édifice. La question se pose alors de savoir si un système neutronique composé de plus de deux neutrons pourrait exister. Sur la base des connaissances actuelles de l'interaction entre les nucléons, la réponse théorique est probablement non. De fait, depuis quarante ans, toutes les tentatives de mise en évidence expérimentale ont échoué. Cependant, l'avènement, ces dix dernières années, de faisceaux de noyaux exotiques de haute énergie permet de concevoir de nouvelles expériences car on pense que les noyaux très riches en neutrons pourraient contenir en leur sein des agrégats composés uniquement de neutrons. Ces agrégats pourraient être libérés lors de la cassure de noyaux très exotiques dans des collisions avec d'autres noyaux. Un des problèmes est la détection et l'identification de tels objets neutres car ils peuvent facilement être confondus avec de simples neutrons, libérés également lors de la collision. Les physiciens ont développé une méthode similaire en bien des points à celle employée par James Chadwick lorsqu'il découvrit le neutron dans les années 30. Elle est basée sur le fait qu'une collision frontale d'un proton avec un système de quatre neutrons communique à ce proton une énergie bien plus grande que celle qui lui serait communiquée par le choc avec un simple neutron. Une analyse minutieuse des données recueillies au Ganil, avec le multidétecteur britannique Charissa et le détecteur de neutrons franco-belge Demon, a révélé six événements compatibles avec les caractéristiques d'un tétraneutron qui serait produit lors de la cassure de noyaux de beryllium 14. Ce nombre d'événements est supérieur au niveau du bruit de fond estimé en fonction de la possibilité d'occurrence d'autres processus. Vu le petit nombre d'événements observés, il est essentiel de poursuivre des expériences spécifiques de recherche de ce tétraneutron. Si ces expériences confirmaient le résultat actuel, elles remettraient en cause les modèles actuels de l'interaction nucléon-nucléon.

Notes :

(1)IN2P3 : Institut national de physique nucléaire et de physique des particules ;
ISMRA : Institut des sciences de la matière et du rayonnement (Caen)

Contacts :

Contact IN2P3 :
Geneviève Edelheit
Tél: 01 44 96 47 60
Mél:.edelheit@admin.in2p3.fr

Contact presse CNRS :
Martine Hasler
Tél: 01 44 96 46 35
Mél: martine.hasler@cnrs-dir.fr


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