Les chercheurs ont observé la désintégration des isotopes 28O et 27O riches en neutrons en oxygène 24, fournissant de nouvelles informations sur les théories de la structure nucléaire et suggérant que « l’îlot d’inversion » s’étend aux isotopes de l’oxygène, permettant des études détaillées des corrélations multi-neutrons et des systèmes exotiques.
L’étude des systèmes physiques dans des conditions extrêmes offre des informations précieuses sur leur organisation et leur structure. Dans le domaine de la physique nucléaire, les isotopes riches en neutrons, en particulier les plus légers avec un rapport neutron/proton sensiblement différent de celui des noyaux stables, fournissent des tests rigoureux des théories modernes de la structure nucléaire. Ces isotopes existent sous forme de résonances de très courte durée, se désintégrant par émission spontanée de neutrons.
Maintenant, dans une nouvelle étude publiée dans disponible dans Natureune collaboration internationale de chercheurs dirigée par Yosuke Kondo, professeur adjoint au département de physique de l’Institut de technologie de Tokyo, rapporte la première observation de deux de ces isotopes : l’oxygène 28 (28O) et l’oxygène-27 (27O) – par leur désintégration en oxygène 24 avec respectivement quatre et trois neutrons. Le noyau 28O, qui est composé de 8 protons et 20 neutrons (N), présente un intérêt considérable car il devrait être l’un des rares noyaux « doublement magiques » dans l’image standard du modèle en coque de la structure nucléaire.
Le succès de l’étude a été rendu possible par les capacités de l’usine de faisceaux RIKEN RI, capable de produire des faisceaux intenses de noyaux instables couplés à une cible active d’hydrogène liquide épais et à des réseaux de détection multi-neutrons. Réactions d’inactivation de nucléons induites par des protons à partir d’un 29Le faisceau F a généré les isotopes non liés aux neutrons 27O et 28O. Les chercheurs ont observé ces isotopes et étudié leurs propriétés en détectant directement leurs produits de désintégration.
Les isotopes 28O et 27O fournissent des tests rigoureux des théories modernes de la structure nucléaire, élargissant ainsi les horizons de nos connaissances. Crédit : Tokyo Tech
Ils ont constaté que les deux 27O et 28O existent sous forme de résonances étroites de basse altitude et ont comparé leurs énergies de désintégration aux résultats de modèles théoriques sophistiqués (un calcul de modèle de coque à grande échelle et une approche statistique nouvellement développée) basés sur des théories de champ efficaces de la chromodynamique quantique. La plupart des approches théoriques prévoyaient des énergies plus élevées pour les deux isotopes. « Plus précisément, les calculs statistiques de clusters couplés suggèrent que les énergies de 27O et 28O peut fournir des contraintes précieuses pour les interactions considérées dans de tels ab initio approches », souligne le Dr Kondo.
« Les chercheurs ont également étudié la section transversale pour la production de 28Ô du 29Faisceau F, le trouvant cohérent avec 28O ne pas exposer un fermé N = 20 structures de coque. « Ce résultat suggère que « l’île d’inversion », par laquelle l’écart énergétique entre les orbitales des neutrons s’affaiblit ou disparaît, s’étend au-delà des isotopes du fluor. 28F et 29F dans les isotopes de l’oxygène », explique le Dr Kondo.
Les présents résultats améliorent notre compréhension de la structure nucléaire en offrant de nouvelles perspectives, en particulier pour les noyaux extrêmement riches en neutrons. De plus, l’étude détaillée des corrélations multi-neutrons et l’étude d’autres systèmes exotiques deviennent désormais possibles grâce à la technique de spectroscopie de désintégration multi-neutrons utilisée ici.
Espérons que les recherches futures dévoileront bien d’autres mystères entourant les noyaux !
L’étude a été financée par la Société japonaise pour la promotion de la science, la Deutsche Forschungsgemeinschaft, l’accord de coopération GSI-TU Darmstadt, le GSI, le ministère fédéral allemand de l’éducation et de la recherche, le Conseil européen de la recherche, le Conseil européen de la recherche H2020, le Conseil suédois de la recherche, le Conseil franco-japonais. LIA-Laboratoire international associé pour les problèmes de structure nucléaire, français ANR-14-CE33-0022-02 EXPAND, Institute for Basic Science in Korea, US Department of Energy, National Science Foundation, National Supercomputer Centre, HIC for FAIR et Croatian Science Foundation, Fonds national de recherche, de développement et d’innovation de Hongrie, programme Innovative and Novel Computational Impact on Theory and Experiment (INCITE) et infrastructure nationale suédoise pour l’informatique.
