Des recherches révolutionnaires menées par l’Institut de physique moderne révèlent des structures de type moléculaire dans l’état fondamental des noyaux atomiques, fournissant ainsi des preuves expérimentales d’une hypothèse vieille de plusieurs décennies et ouvrant de nouvelles voies dans la recherche en physique nucléaire.
Une étude cruciale menée par des scientifiques de l’Institut de physique moderne a découvert des structures de type moléculaire dans les noyaux atomiques, révolutionnant ainsi notre compréhension de la matière nucléaire.
Des scientifiques de l’Institut de physique moderne (IMP) de l’Académie chinoise des sciences (CAS), ainsi que leurs collaborateurs, ont récemment découvert une structure de type moléculaire dans l’état fondamental des noyaux atomiques. L’étude a été publiée dans Lettres d’examen physique et mis en évidence comme un article « En vedette dans la physique ».
Comprendre le noyau atomique
Le noyau atomique, un système quantique à N corps composé de protons et de neutrons, est incroyablement petit (environ un dix millième de la taille d’un corps atomique). atome), mais il abrite plus de 99,9 % de la masse totale d’un atome. Les interactions entre les nucléons créent diverses structures nucléaires fascinantes, allant des noyaux sphériques aux noyaux déformés et même des halos de neutrons à faible densité de surface. L’émergence de structures de clusters au sein de ces formations est un phénomène captivant.
Vue schématique de la réaction d’inactivation du cluster en cinématique inverse. Crédit : LI Pengjie
L’importance des structures de cluster
Les structures en cluster sont rarement observées dans l’état fondamental des noyaux atomiques. Les discussions sur les structures d’amas de l’état fondamental remontent à 1938, lorsque les physiciens théoriciens, grâce à l’analyse des énergies de liaison dans les noyaux conjugués α, ont suggéré l’existence possible de structures d’amas de type molécule α dans les états fondamentaux de noyaux tels que le béryllium. -8, carbone-12 et oxygène-16. Cependant, en raison de la popularité de la description d’une seule particule du modèle classique en coque, cette hypothèse théorique est restée non vérifiée.
Nouvelle méthode expérimentale
À l’aide d’une nouvelle méthode expérimentale impliquant la réaction d’inactivation cinématique inverse, les scientifiques d’IMP et leurs collaborateurs ont validé la présence d’une structure de type moléculaire dans l’état fondamental du béryllium-10, un noyau riche en neutrons.
L’expérience a été menée à la Radioactive Isotope Beam Factory (RIBF) du RIKEN Nishina Center au Japon. Dans l’expérience, un faisceau secondaire de béryllium-10, se déplaçant à la moitié de la vitesse de la lumière, a bombardé une cible d’hydrogène solide de 2 millimètres d’épaisseur. Les amas α liés aux noyaux du béryllium-10 ont été détruits par les protons – avec presque aucune impulsion transférée au noyau résiduel – préservant ainsi les informations sur la structure des amas dans l’état fondamental du béryllium-10.
Structure de type moléculaire du noyau de béryllium-10. Crédit : LI Pengjie d’IMP
Confirmer des hypothèses de longue date
Les résultats expérimentaux ont démontré un accord remarquable entre les sections efficaces expérimentales des réactions knock-out et les prédictions théoriques sous modèles microscopiques. Cette vérification conforte l’hypothèse de longue date concernant la structure de l’état moléculaire de l’état fondamental du béryllium-10, suggérant la formation d’un noyau en forme d’haltère α – α avec deux neutrons de valence tournant perpendiculairement à l’axe du noyau.
Implications et recherches futures
« Des structures similaires peuvent être trouvées à l’échelle atomique, mais elles sont exceptionnellement rares dans l’état fondamental des noyaux atomiques », a déclaré le Dr LI Pengjie de l’IMP, premier auteur de l’article.
Cette étude fournit la première preuve expérimentale de la description théorique des structures d’états moléculaires dans l’état fondamental des noyaux atomiques et ouvre la voie à une exploration plus approfondie de l’évolution des structures d’amas α dans les états fondamentaux nucléaires riches en neutrons.
L’étude a été menée en collaboration avec des scientifiques de l’Université de Hong Kong, de l’Université Paris-Saclay en France, du RIKEN et de l’Université d’Osaka au Japon, de l’Université d’aéronautique et d’astronautique de Nanjing et de 22 autres instituts de recherche dans le monde.
