Un noyau exotique mesuré au GANIL - 15 Janvier 2008

Mensuration de l'hélium 4

Le noyau de l’hélium 4 (connu aussi sous le nom de particule alpha) est composé de 2 protons et de 2 neutrons. Ce nombre de protons et de neutrons lui confère une grande stabilité et une taille de noyau très concise : pour ce noyau, les neutrons et les protons occupent de façon identique en moyenne une sphère de rayon 0,00000000000000163 mètre. Les noyaux de l’hélium 6 et de l’hélium 8 sont constitués d’un coeur de l’hélium 4 (alpha) avec un ajout respectivement 2 et 4 neutrons orbitant à la périphérie, très faiblement attachés, et formant comme une sorte de peau ou même un halo de neutrons. Cet ajout de neutrons est responsable du fait que l’ensemble des nucléons de ces noyaux occupe en moyenne une sphère plus grande, ayant un rayon de l’ordre de 0,0000000000000025 mètre.

L’équipe d’Argonne a montré récemment à la facilité ATLAS d’Argonne que pour l’hélium 6, les 2 protons étaient eux moins « tirés » vers l’extérieur du noyau que les neutrons, mais occupaient plus de place que dans l’hélium 4. L’hélium 6 possède déjà 2 fois plus de neutrons que de protons. L’hélium 8 possède 3 fois plus de neutrons que de protons et est, à ce titre, le système nucléaire stable vis-à-vis de l’émission de neutrons le plus exotique.

Des américains au GANIL

Le fait que le GANIL dispose du faisceau radioactif d’hélium 8 le plus intense au monde, avec les qualités optiques de faisceau requises pour ce type d’expérience, a conduit l’équipe américaine à faire traverser l’Atlantique à leur dispositif expérimental. Un flux de 105 d’hélium 8 par seconde a été produit pour cette expérience. 9 faisceaux Laser ont été mis en service simultanément pour piéger dans une trappe magnétique et optique et pour mesurer cette dilatation de rayon de la distribution des protons à un taux de 30 hélium 8 par heure.

La réduction significative de la dilatation de la sphère occupée par 2 protons dans l’hélium 8 par rapport à l’hélium 6 et cela, bien qu’il possède plus de neutrons que l’hélium 6, indique un changement dans la corrélation des neutrons constituant la peau de neutrons entre ces 2 noyaux. Cette expérience permettra de franchir un pas de plus dans la compréhension de la structure des noyaux et des forces nucléaires entre neutron et proton.

Les résultats de cette recherche sont publiés dans Physical Review Letters. Référence : P. Mueller et al., Phys. Rev. Let., accepté pour publication