La coexistence de trois formes distinctes pour le noyau de Zirconium-98 mise en lumière au GANIL

Au cours d’une expérience menée au GANIL, une équipe internationale, menée par des chercheurs du CEA Saclay et de l’Université d’Oslo, a étudié la forme du noyau Zirconium-98. L’objectif était de déterminer la forme du noyau dans différents états excités. Les résultats donnent un scénario complexe, pour lequel trois formes différentes – sphérique, légèrement déformée et fortement déformée – coexistent au sein du même noyau. Ils ont fait l’objet d’une publication dans la revue Physical Review Letter (PRL).

En étudiant le noyau de Zirconium-98, produit lors d’une expérience au GANIL, les chercheurs souhaitaient connaître le temps de vie du noyau dans différents états excités, pour en déduire sa forme. Un même noyau peut exister dans son état dit fondamental (qui lui coûte le moins d’énergie, le plus stable) ou dans plusieurs états excités ; dans ce cas il va se désexciter en émettant du rayonnement gamma, des photons.

Représentation de trois états excités du noyau de Zirconium-98. Pour cet isotope, plus l’énergie d’excitation est forte, plus le noyau est déformé.

Les résultats montrent la coexistence de trois formes au sein du même noyau : sphérique à l’état fondamental, légèrement déformée à faible énergie d’excitation et fortement déformée à une énergie d’excitation supérieure.

En comparant ces observations aux formes connues du Zirconium-100 (qui a seulement deux neutrons de plus), les chercheurs ont pu déduire que la transition de formes entre ces deux isotopes du Zirconium était soudaine, un phénomène plutôt rare. Ils ont également noté une inversion de la forme de ces noyaux dans leurs états fondamentaux et excités : le Zirconium-98 est sphérique au repos et déformé lorsqu’il est excité. Pour le Zirconium-100, c’est l’inverse. C’est ce qui explique le changement extrême de formes des états fondamentaux de ces noyaux

Ensemble VAMOS: dispositif expérimental d’étude des propriétés des noyaux exotiques

Cette expérience nécessitait les équipements de pointe du GANIL : le spectromètre VAMOS a permis d’identifier les noyaux produits lors de la réaction. Quant au détecteur EXOGAM, il a permis de mesurer les rayonnements gamma issus de la désexcitation du noyau et d’en déduire leur temps de vie (de l’ordre de la picoseconde) et donc leur forme.

Les résultats détaillés ont été publiés dans la revue Physical Review Letter le 9 novembre dernier.

Partenaires : IRFU (CEA), Université d’Oslo, GANIL (CEA/CNRS), Université de Cologne, Université de Belgrade, ​CEA/DAM Ile-de-France, CSNSM (CNRS), INFN Legnaro, Université de Tokyo, RIKEN, KU Leuven, Michigan State University, Université de Padoue, INFN Padova