Quatre forces fondamentales – la force électromagnétique, la gravité et les forces nucléaires faibles et fortes – qui régissent simultanément l’univers décrivent l’interaction des particules et comment cette interaction constitue le monde.
Les chercheurs sont sur le point de comprendre la force nucléaire forte, l’une des forces les plus mystérieuses, grâce à une étude récente de l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill et du Département américain de l’énergie (DOE) Laboratoire National d’Argonne.
Leurs recherches s’appuient sur les théories fondamentales de la structure atomique développées par la physicienne d’Argonne, lauréate du prix Nobel, Maria Goeppert Mayer au début des années 1960. Elle a contribué à la création d’un modèle mathématique de structure nucléaire. Sa théorie a clarifié un mystère de longue date parmi les scientifiques : pourquoi un nombre particulier de protons et de neutrons dans le noyau d’un atome le rend très stable.
En étudiant comment la structure d’un noyau peut changer lorsqu’il est formé dans un état excité par une réaction nucléaire, l’équipe de recherche a déjà mené des expériences comparables pour examiner la force nucléaire forte. Ils se sont penchés sur les 64 neutrons et le proton nickel-64, qui ont résulté de ces études et d’autres menées à l’étranger. Ce noyau pèse plus que n’importe quel noyau de nickel stable, avec 28 protons et 36 neutrons. Lorsqu’il est stimulé à des niveaux d’énergie plus élevés, les caractéristiques de cet isotope du nickel lui permettent de modifier sa structure.
Pour leur expérience, l’équipe a utilisé le système d’accélérateur Argonne Tandem Linac, une installation utilisateur du DOE Office of Science, pour accélérer un échantillon de noyaux de Ni-64 vers une cible principale. Les atomes de plomb ont pu exciter les noyaux de Ni-64 grâce aux forces électromagnétiques résultant de la répulsion entre le plomb et le nickel protons.
Cela ressemble à la procédure de chauffage d’un sac de pop-corn au micro-ondes. Les grains commencent à exploser en différentes formes et tailles à mesure qu’ils se réchauffent. Le pop-corn qui sort du micro-ondes est différent de ce qui y est entré et, plus important encore, l’énergie appliquée aux grains les a amenés à modifier leur structure.
Les rayons gamma produits lors de la désintégration des noyaux de Ni-64 vers leur état fondamental ont été découverts par l’instrument GRETINA après la stimulation des noyaux de Ni-64. L’orientation des particules impliquées dans le contact a été déterminée par CHICO2, un détecteur différent. L’équipe a pu identifier la forme (ou les formes) que le Ni-64 a pris car c’était excitant, grâce aux données recueillies par les détecteurs.
L’analyse des données a révélé que les noyaux Ni-64 stimulés par les interactions avec le plomb ont également subi une altération structurelle. Cependant, selon la quantité d’énergie appliquée, le noyau atomique sphérique du nickel s’est soit transformé en une forme aplatie, semblable à une poignée de porte, soit en une forme allongée, semblable à un ballon de football. Cette découverte est exceptionnelle pour des noyaux lourds comme le Ni-64, qui contiennent beaucoup de protons et neutrons.
Robert Janssens, professeur à l’UNC-Chapel Hill et co-auteur de l’article, a dit, « Un modèle est une image de la réalité, et ce n’est un modèle valide que s’il peut expliquer ce qui était connu auparavant, et s’il a un certain pouvoir prédictif. Nous étudions la nature et le comportement des noyaux pour améliorer en permanence nos modèles actuels de la force nucléaire forte.
« Les découvertes dans le Ni-64 et les noyaux environnants peuvent jeter les bases de futures découvertes pratiques dans le domaine des sciences nucléaires, telles que l’énergie nucléaire, l’astrophysique et la médecine. Plus de 50 % des procédures médicales dans les hôpitaux impliquent aujourd’hui des isotopes nucléaires. Et la plupart de ces isotopes ont été découverts lors de recherches fondamentales comme nous le faisons.
Référence de la revue :
- D. Little, AD Ayangeakaa, et al. Excitation coulombienne multi-étapes du 64Ni : coexistence de forme et nature des excitations bas spin. Phys. Rév. C. EST CE QUE JE: 10.1103/PhysRevC.106.044313
