{"id":1632,"date":"2016-04-22T15:09:32","date_gmt":"2016-04-22T13:09:32","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/?p=1632"},"modified":"2018-12-10T15:12:17","modified_gmt":"2018-12-10T14:12:17","slug":"une-histoire-de-formes-de-noyaux-vieille-de-50-ans-enfin-resolue","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/fr\/2016\/04\/22\/une-histoire-de-formes-de-noyaux-vieille-de-50-ans-enfin-resolue\/","title":{"rendered":"Une histoire de formes de noyaux vieille de 50 ans \u2026 enfin r\u00e9solue ?"},"content":{"rendered":"<p>En 1965, S. A. E. Johansson d\u00e9couvre que certains des fragments issus de la fission du Californium-252 sont des noyaux tr\u00e8s d\u00e9form\u00e9s, \u00e0 l\u2019image d\u2019un ballon de rugby. Cette observation \u00e9tonne : les noyaux proches de ces fragments, comptant un peu plus ou un peu moins de nucl\u00e9ons, sont en effet plut\u00f4t sph\u00e9riques. Depuis 50 ans, cette transition brutale entre noyaux atomiques sph\u00e9riques et d\u00e9form\u00e9s est un myst\u00e8re et motive toujours d\u2019intenses recherches th\u00e9oriques et exp\u00e9rimentales en physique nucl\u00e9aire.<\/p>\n<p>Une collaboration men\u00e9e par des physiciens du GANIL et du CEA-Saclay\/SPhN a r\u00e9alis\u00e9 une s\u00e9rie d\u2019exp\u00e9riences qui apporte un \u00e9clairage nouveau et d\u00e9cisif sur ce ph\u00e9nom\u00e8ne\u00a0: ils ont montr\u00e9 que pour un m\u00eame noyau, le strontium-98, les nucl\u00e9ons peuvent se r\u00e9partir de mani\u00e8re \u00e0 former une sph\u00e8re ou un ballon de rugby.\u00a0: c\u2019est le ph\u00e9nom\u00e8ne de coexistence de formes qui est associ\u00e9 \u00e0 diff\u00e9rents modes d\u2019interactions des nucl\u00e9ons entre eux. Cette \u00e9tude qui permet de mieux comprendre les transitions subites de forme du noyau atomique a fait l\u2019objet d\u2019une publication dans la revue Physics Review Letters.<\/p>\n<p>Les propri\u00e9t\u00e9s du noyau atomique, comme sa masse, sa forme ou son temps de vie s\u2019il est radioactif, tendent \u00e0 \u00e9voluer progressivement en fonction du nombre de protons et de neutrons qu\u2019il contient\u00a0: il n\u2019y a habituellement pas de \u00ab\u00a0rupture\u00a0\u00bb nette dans ces caract\u00e9ristiques. Cependant, pour certaines combinaisons de protons et de neutrons, la force qui les lie peut soudainement provoquer un arrangement particulier des nucl\u00e9ons du noyau. C\u2019est le cas par exemple des fameux \u00ab\u00a0noyaux magiques\u00a0\u00bb\u00a0dont la forme sph\u00e9rique est associ\u00e9e \u00e0 un surcro\u00eet de stabilit\u00e9. La mani\u00e8re dont les nucl\u00e9ons s\u2019organisent \u00e9tant r\u00e9v\u00e9latrice de leurs modes d\u2019interaction, la physique nucl\u00e9aire s\u2019int\u00e9resse particuli\u00e8rement aux changements abrupts qui peuvent survenir dans la structure ou la forme des noyaux.<\/p>\n<p>C\u2019est par exemple le cas des isotopes tr\u00e8s exotiques (ils n\u2019existent pas sur Terre) de strontium-96 et -98 qui comptent 38 protons et, respectivement, 58 et 60 neutrons\u00a0: une r\u00e9cente exp\u00e9rience montre qu\u2019ils passent soudainement d\u2019une forme sph\u00e9rique (Strontium-96) \u00e0 une forme tr\u00e8s allong\u00e9e (Strontium-98) alors que seulement deux neutrons les s\u00e9parent. Pourquoi ces isotopes pourtant si proches pr\u00e9sentent-ils un tel comportement\u00a0? Quel est le m\u00e9canisme qui provoque une telle transition\u00a0de forme ? Ce sont les questions auxquelles une collaboration internationale men\u00e9e par des physiciens du GANIL et du CEA-Saclay\/SPhN a tent\u00e9 de r\u00e9pondre en r\u00e9alisant une s\u00e9rie d\u2019exp\u00e9riences aupr\u00e8s de l\u2019installation REX-ISOLDE<sup>2<\/sup>\u00a0au CERN.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" class=\"aligncenter size-full wp-image-1634\" src=\"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/wp-content\/uploads\/2018\/12\/GANIL_image2.png\" alt=\"\" width=\"584\" height=\"570\" srcset=\"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/wp-content\/uploads\/2018\/12\/GANIL_image2.png 584w, https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/wp-content\/uploads\/2018\/12\/GANIL_image2-300x293.png 300w\" sizes=\"(max-width: 584px) 100vw, 584px\" \/><\/p>\n<h4>L\u2019exp\u00e9rience<\/h4>\n<p>Mais tout d\u2019abord, comment d\u00e9terminer la forme d\u2019un noyau atomique ? Elle peut \u00eatre d\u00e9duite de la mesure du \u00ab moment \u00e9lectrique quadrupolaire \u00bb du noyau, qui rend compte de la r\u00e9partition spatiale des particules charg\u00e9es pr\u00e9sentes dans le noyau, les protons. Un moment \u00e9lectrique quadrupolaire nul est ainsi associ\u00e9 \u00e0 une forme sph\u00e9rique parfaite. Un moment \u00e9lectrique quadrupolaire n\u00e9gatif est en revanche l\u2019indication d\u2019une forme allong\u00e9e \u00e0 l\u2019image d\u2019un ballon de rugby, alors qu\u2019une valeur positive est associ\u00e9e \u00e0 une forme aplatie, comme une boite de camembert.<\/p>\n<p>Pour \u00e9tudier leur forme, les noyaux radioactifs de strontium-96 et -98 produits et acc\u00e9l\u00e9r\u00e9s \u00e0 21 000 km par seconde par l\u2019installation REX-ISOLDE du CERN \u00e0 Gen\u00e8ve, ont \u00e9t\u00e9 envoy\u00e9s sur diff\u00e9rentes cibles de nickel, d\u2019argent, d\u2019\u00e9tain et de plomb. Les noyaux de strontium sont excit\u00e9s par interaction \u00e9lectromagn\u00e9tique lorsqu\u2019ils passent \u00e0 proximit\u00e9 des noyaux d\u2019atomes composant la cible, et ce d\u2019autant plus facilement que leur moment quadrupolaire est \u00e9lev\u00e9. Les noyaux de strontium se d\u00e9sexcitent imm\u00e9diatement en \u00e9mettant des rayonnements gamma (des photons) qui sont mesur\u00e9s \u00e0 l\u2019aide du spectrom\u00e8tre MINIBALL<sup>3<\/sup>\u00a0entourant la cible. La mesure de l\u2019intensit\u00e9 de ces rayonnements gamma renseigne sur la facilit\u00e9 avec laquelle le noyau s\u2019excite et permet d\u2019en d\u00e9terminer le moment quadrupolaire \u00e9lectrique et donc la forme.<\/p>\n<p>Ce que les chercheurs ont montr\u00e9 c\u2019est que le noyau de strontium-96 est effectivement sph\u00e9rique, alors que le strontium-98 qui ne compte que deux neutrons de plus est tr\u00e8s d\u00e9form\u00e9, tel un ballon de rugby deux fois plus long que large. Le changement de forme abrupt entre les strontium-96 et -98 traduit le fait qu\u2019en ajoutant seulement deux nucl\u00e9ons au premier, l\u2019\u00e9quilibre des forces nucl\u00e9aires conduit tous les nucl\u00e9ons du second \u00e0 adopter une organisation diff\u00e9rente, d\u00e9form\u00e9e, moins co\u00fbteuse en \u00e9nergie.<\/p>\n<p>La d\u00e9couverte la plus importante est que lorsque le noyau de strontium-98 est l\u00e9g\u00e8rement excit\u00e9, il adopte une forme sph\u00e9rique, semblable \u00e0 celle du strontium-96 au repos. On dit que les deux formes d\u00e9form\u00e9es et sph\u00e9riques\u00ab\u00a0coexistent\u00a0\u00bb dans le noyau de strontium-98.<\/p>\n<p>D\u2019autres noyaux pr\u00e9sentent une semblable coexistence de formes, mais elles sont habituellement m\u00e9lang\u00e9es, comme si les nucl\u00e9ons du noyau \u00ab\u00a0h\u00e9sitaient\u00a0\u00bb entre un type d\u2019arrangement ou un autre. La particularit\u00e9 du strontium-98 est que contrairement \u00e0 ce qui est g\u00e9n\u00e9ralement observ\u00e9 dans les autres, les deux formes ici ne se m\u00e9langent pas. L\u2019\u00e9tude de ce ph\u00e9nom\u00e8ne a permis enfin de comprendre l\u2019observation effectu\u00e9e pour la premi\u00e8re fois en 1965, il y a exactement 50 ans, par S.A.E Johansson<sup>4<\/sup>. Ce r\u00e9sultat remarquable vient de faire l\u2019objet d\u2019une publication dans la prestigieuse revue Physics Review Letters<sup>5<\/sup>.<\/p>\n<p><sup>1<\/sup><a href=\"http:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/science\/diko\/noyau-a-halo\">http:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/science\/diko\/noyau-a-halo<\/a><\/p>\n<p><sup>2<\/sup><a href=\"http:\/\/isolde.web.cern.ch\/\">http:\/\/isolde.web.cern.ch\/<\/a><\/p>\n<p><sup>3<\/sup><a href=\"http:\/\/isolde.web.cern.ch\/experiments\/miniball\">http:\/\/isolde.web.cern.ch\/experiments\/miniball<\/a><\/p>\n<p><sup><span lang=\"EN-US\">4<\/span><\/sup><span lang=\"EN-US\">S. A. E. Johansson, Nucl. Phys. 64 (1965) 147<\/span><\/p>\n<p><span id=\"parent-fieldname-description\"><sup>5<\/sup>\u00a0\u201cSpectroscopic quadrupole moments in 96,98Sr: Evidence for shape coexistence in neutron-rich strontium isotopes at N=60&Prime;, E. Cl\u00e9ment et al, Physical Review Letters 116 022701 (2016)\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0<\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>En 1965, S. A. E. Johansson d\u00e9couvre que certains des fragments issus de la fission du Californium-252 sont des noyaux tr\u00e8s d\u00e9form\u00e9s, \u00e0 l\u2019image d\u2019un ballon de rugby. Cette observation \u00e9tonne : les noyaux proches de ces fragments, comptant un peu plus ou un peu moins de nucl\u00e9ons, sont en effet plut\u00f4t sph\u00e9riques. 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