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Un modèle de noyau à l'épreuve des bulles - 04 Mars 2014

Par des expériences sur les noyaux atomiques à 20 neutrons et 14, 16 ou 20 protons, des chercheurs du Ganil démontrent pour la première fois qu’une propriété structurale (l’interaction « spin-orbite » des nucléons) dépend fortement de la densité de matière au centre du noyau. Ainsi pour le noyau « bulle » à 14 protons, au cœur deux fois moins dense que les deux autres, cette interaction chute-t-elle de 30%.

Selon le « modèle en couches nucléaires », les nucléons composant le noyau atomique (protons et neutrons) orbitent autour d’un même point, au sein de « couches ». Le moment cinétique associé à ces orbites concentriques croît depuis le centre jusqu’à la périphérie. En plus de ce moment « orbital », les nucléons possèdent un moment cinétique intrinsèque, appelé spin, car ils tournent aussi sur eux-mêmes. En se couplant au moment orbital, le spin relie beaucoup plus fortement les nucléons dont le moment orbital est aligné avec lui dans la même direction. Or la théorie prédit que ce couplage dépend fortement de la densité nucléaire. Les expériences réalisées au Ganil viennent de confirmer cette hypothèse.

Ils ont comparé trois noyaux à 20 neutrons : le silicium 34 (à 14 protons), le soufre 36 (à 16 protons) et le calcium 40 (à 20 protons). 34Si se distingue des deux autres par une structure moins dense en son cœur, évoquant une bulle. Le couplage spin – orbite de 40Ca est sensiblement le même que celui de 36S mais il est inférieur de 30% pour 34Si. Après ce premier résultat qui conforte la prédiction théorique, d’autres expériences en cours visent à quantifier la relation entre  l’interaction spin-orbite et la densité nucléaire par des mesures plus précises de la densité centrale dans le 34S.

 

“Experimental Study of the Two-Body Spin-Orbit Force in Nuclei”: G. Burgunder et al., Physical Review Letters 112, 042502 (2014).

 

Contact : Olivier Sorlin (Ganil)