Pour la première fois, les scientifiques ont acquis des preuves directes de structures rares et en forme de poire dans les noyaux atomiques du gadolinium de la terre rare, grâce à de nouvelles recherches menées par l'Université de Surrey, le National Physical Laboratory (NPL) et le IFIN-HH Research Institute à Bucarest, en Roumanie.
L'étude, publiée dans Lettres d'examen physiquefournit une preuve définitive d'une forte « excitation d'octupole » collective dans le noyau du gadolinium-150, un isotope radioactif à longue durée de vie de cet élément rare-terre, qui est utilisé dans des applications telles que les supraconducteurs, les opérations nucléaires et les matériaux de contraste IRM.
La signature expérimentale est interprétée comme les protons et les neutrons à l'intérieur du noyau atomique vibrant dans un motif coordonné, résultant en une structure pulsante et asymétrique en forme de poire.
Le professeur Patrick Regan, professeur de métrologie nucléaire du NPL à l'Université de Surrey et co-dirigé sur l'étude, a déclaré: « Il est tellement cool de pouvoir` `voir '' les formes de ces plus petits objets quantiques.
« De telles mesures fournissent également les tests les plus stricts de nos meilleurs modèles actuels pour expliquer comment la matière hadronique interagit au niveau subatomique. »
En utilisant des mesures de rayons gamma de haute précision des émissions du noyau du gadolinium-150, les chercheurs ont pu observer les empreintes digitales de signature de ces structures en forme de poire incroyablement minuscules. Les noyaux atomiques sont si petits que même les microscopes optiques les plus avancés sont incapables de les détecter, mais des informations sur leur structure peuvent être obtenues en mesurant les émissions caractéristiques (rayons gamma) lors de leur détente.
Les résultats ouvrent une nouvelle fenêtre sur le monde quantique, fournissant ce qui peut être décrit comme un « fémtoscope » – un « microscope nucléaire de haute précision » – qui permet aux scientifiques de regarder profondément dans les structures subatomiques qui façonnent notre univers.
Les résultats représentent également un défi unique pour les modèles théoriques actuels, qui ont du mal à expliquer comment ces formes peuvent résulter d'interactions complexes des protons et des neutrons qui composent le noyau gadolinium-150.
Le Dr Esra Yuksel, théoricien principal sur l'article de l'Université de Surrey, a déclaré: « Les résultats publiés de ces mesures extrêmement sensibles des désintégrations quantiques nous permettent de tester notre meilleure compréhension théorique actuelle de la façon dont les protons et les neutrons s'organisent dans le noyau atomique.
« La signature d'octupole qui en résulte – ou la signature en forme de poire – est parmi les plus grandes identifiées à ce jour. Cela nous a permis de tester cinq modèles théoriques de pointe différents pour identifier les meilleurs. Nos calculs offrent des informations précieuses sur la compréhension actuelle de la forme de telles formes nucléaires inhabituelles dans ces laboratoires quantiques précieux. »
