Les chercheurs ont dévoilé la structure complexe du noyau de carbone 12, révélant que ses états d’énergie inférieure sont constitués d’amas formant des formes triangulaires. Cette découverte issue d’une collaboration internationale améliore notre compréhension de la formation du carbone dans l’Univers et s’aligne sur les données expérimentales existantes. Crédit : Issues.fr.com
Une étude internationale a révélé les structures d’amas triangulaires au sein du noyau de carbone 12, offrant des informations clés sur les origines et l’abondance du carbone dans l’Univers.
Carbone 12 : clé de la chimie organique et de la vie
L’élément carbone est essentiel à la chimie organique et à la vie telle que nous la connaissons. La physique de son isotope le plus courant, le carbone 12, est extrêmement complexe. De nombreuses recherches expérimentales et théoriques ont été consacrées à la détermination des énergies et des structures sous-jacentes des états nucléaires du carbone 12.
Dans ce travail, les chercheurs ont calculé ces états à partir des premiers principes, les composants les plus fondamentaux de la théorie physique. L’approche a utilisé des superordinateurs et des simulations de réseau nucléaire pour calculer la forme tridimensionnelle formée par les protons et les neutrons composant le noyau. Les résultats montrent que tous les états énergétiques de basse altitude du carbone 12 ont une sous-structure dans laquelle les six protons et les six neutrons se regroupent en particules alpha. Les particules alpha sont des noyaux d’hélium-4 contenant deux protons et deux neutrons.
Densités de nucléons pour plusieurs états de basse altitude du carbone 12. Chaque image est étiquetée avec le spin (0 à 3), le signe sous inversion de parité (+ ou -) et le numéro d’excitation (1 à 3). Crédit : Shihang Shen
L’État de Hoyle : une fenêtre sur la production stellaire de carbone
Un état nucléaire bien connu du carbone 12 est l’état de Hoyle. Cet état a une énergie proche du seuil énergétique de trois particules alpha ou noyaux d’hélium. Cette énergie améliore ainsi considérablement la production de carbone dans les étoiles brûlant de l’hélium. Cela contribue à expliquer la présence de carbone dans l’Univers.
Les résultats obtenus dans cette recherche montrent que l’état de Hoyle est composé d’un « bras courbé » ou d’un arrangement triangulaire obtus de particules alpha. Tous les états énergétiques de basse altitude du carbone 12 ont une forme intrinsèque composée de trois particules alpha formant soit un triangle équilatéral, soit un triangle obtus. Les nouveaux résultats donnent des informations sur les formes géométriques possibles des États nucléaires.
Une collaboration mondiale dévoile la structure nucléaire du carbone 12
Le carbone atome constitue l’épine dorsale de la chimie organique complexe qui constitue les éléments constitutifs de la vie. La physique du noyau de carbone dans son isotope prédominant, le carbone 12, est également très complexe. Des chercheurs de l’Université de Bonn, du Forschungszentrum Jülich en Allemagne, de l’Université islamique des sciences et technologies de Gaziantep en Turquie, de l’École supérieure de l’Académie chinoise d’ingénierie physique, de l’Université d’État de Tbilissi et de l’Installation pour faisceaux d’isotopes rares de l’Université d’État du Michigan ont calculé la structure. des États nucléaires du carbone 12 en utilisant le ab initio cadre de la théorie des champs efficaces du réseau nucléaire.
Mystères géométriques et origines cosmiques du carbone 12
La recherche a révélé que tous les états de basse altitude du carbone 12 ont une forme intrinsèque composée de trois amas alpha formant soit un triangle équilatéral, soit un triangle obtus. Les états en forme de triangle équilatéral ont également une double description en termes d’excitations particule-trou dans une image de champ moyen.
Les résultats sont en accord avec les données expérimentales et fournissent la première carte de densité indépendante du modèle des états nucléaires du carbone 12. Les résultats aident à expliquer les origines du carbone issu de l’hélium et de l’hydrogène qui constituaient l’Univers peu après le Big Bang.
Cette recherche a été financée par la Deutsche Forschungsgemeinschaft (la Fondation allemande pour la recherche), la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, l’initiative de bourses internationales du président de l’Académie chinoise des sciences, le Fonds universitaire de sécurité nationale de Chine, la Volkswagen Stiftung, le Conseil européen de la recherche, le Département de l’Énergie et le projet SciDAC-4 de la Nuclear Computational Low-Energy Initiative, ainsi que les ressources informatiques fournies par le Gauss Center for Supercomputing eV et l’Oak Ridge Leadership Computing Facility.
