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Paris, 17 octobre 2007

Quand un noyau magique se prend pour une soucoupe volante...

Dans la revue Physical Review Letter (1), les physiciens du Ganil (Grand accélérateur national d'ions lourds, CNRS/CEA, Caen) démontrent que le noyau exotique de silicium 42 a une forme aplatie de soucoupe volante alors qu'avec ses 28 neutrons, il était attendu « magique » et par conséquent de forme sphérique...

Les physiciens du Ganil, au sein d'une large collaboration européenne, s'intéressent depuis quelques années aux propriétés de stabilité particulières de certains noyaux atomiques dits « magiques » lorsque le nombre de leurs protons et/ou de leurs neutrons prend des valeurs particulières(2). Plus spécifiquement, ils explorent le domaine des noyaux possédant 28 neutrons. Magique? Non magique? Jusqu'à présent, ni les résultats expérimentaux ni les prédictions théoriques n'avaient permis de conclure.

 

Pour tenter de résoudre le problème, les physiciens du Ganil ont choisi de s'attaquer au noyau de silicium 42. En effet, possédant 28 neutrons pour seulement 14 protons, il est le plus « exotique » des noyaux à 28 neutrons jusque-là étudiés… Sacré challenge cependant car ce noyau, du fait de son extrême exoticité, ne peut être produit qu'en très faible quantité.

« Nous sommes partis du calcium 48, un noyau stable rare mais très riche en neutrons, pour lui arracher en deux temps des protons », explique Stéphane Grévy, porte parole de l'expérience. « Ce calcium possède en effet 20 protons et 28 neutrons ». Un faisceau d'atomes de calcium 48 d'une intensité record a donc été accéléré par les machines du Ganil. Lors d'une première collision avec une cible de carbone, 4 protons ont été arrachés à certains noyaux de calcium produisant ainsi du soufre 44. Sélectionnés et conduits vers une deuxième cible par un ensemble d'aimants, ces noyaux de soufre se sont vu arracher encore deux protons pour enfin produire le silicium 42 tant recherché. Autour de cette seconde cible « le château de cristal », ensemble de détection extrêmement efficace, a permis d'analyser les rayonnements caractéristiques émis par les noyaux de silicium 42 fraîchement produits.

 

« Une expérience d'une extrême difficulté, mais quelle surprise à la clef ! », poursuit Stéphane Grévy. « Nous avons observé que le noyau de silicium 42 possède un état excité situé à seulement 770 keV. Cette valeur est 4 à 5 fois plus faible que celle attendue : un noyau magique, de par sa robustesse, devrait nécessiter beaucoup plus d'énergie pour être excité. En d'autres termes, le silicium 42 est très facilement excitable... Donc non magique... »

Pour expliquer un tel résultat, les calculs théoriques doivent postuler que le silicium 42 est aplati comme une soucoupe volante, une forme très rare pour un noyau atomique. « Bref, un véritable OVNI de la structure nucléaire ! », conclut Stéphane Grévy.

Afin de comprendre les origines de cette déformation, de nouvelles expériences sont d'ores et déjà prévues au Ganil. En particulier, les physiciens vont essayer de mieux comprendre quelle composante particulière de l'interaction nucléon-nucléon pourrait être responsable des changements structurels observés jusqu'ici. En parallèle, les théoriciens vont pouvoir utiliser ce résultat pour affiner leurs modèles et donc leurs prédictions. Le voyage ne fait que commencer…


Notes :

(1) B. Bastin et al., Phys. Rev. Lett. 99 (2007)022503
(2) Les noyaux des atomes se composent de protons et de neutrons, les nucléons. En 1963, Maria Goeppert-Mayer et J. Hans D. Jensen recevaient le prix Nobel de physique pour avoir découvert que lorsque ce nombre de protons et/ou de neutrons est égal à certaines valeurs dites « nombres magiques » (2, 8, 20, 28, 50, 82 ou 126), les noyaux sont beaucoup plus robustes que leurs voisins... et de forme sphérique !

Cet état de fait bien établi pour les noyaux stables semble remis en cause depuis que les physiciens étudient les noyaux « exotiques », ces noyaux instables que l'on ne peut trouver à l'état naturel sur Terre. Déjà de nombreuses études ont montré que le nombre de neutrons 20 perd son caractère « magique » pour les noyaux situés autour du magnésium 32 : noyau très exotique possédant 12 protons et 20 neutrons soit 8 neutrons de plus que le magnésium stable.

Contacts :

Contacts presse :
CEA :
Anne-Sophie Paquez
T 01 64 50 17 16
marie.vandermersch@cea.fr

CNRS :
Muriel Ilous
T 01 44 96 43 09
muriel.ilous@cnrs-dir.fr

Contacts chercheurs :
Stéphane Grévy grevy@in2p3.fr
Christine Lemaître clemaitre@ganil.fr
Philippe Chomaz Chomaz@ganil.fr


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