{"id":6184,"date":"2024-09-06T14:12:50","date_gmt":"2024-09-06T12:12:50","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/?p=6184"},"modified":"2024-09-09T16:32:27","modified_gmt":"2024-09-09T14:32:27","slug":"le-surprenant-ballet-de-neutrons-de-loxygene-28","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/fr\/2024\/09\/06\/le-surprenant-ballet-de-neutrons-de-loxygene-28\/","title":{"rendered":"Le surprenant ballet de neutrons de l\u2019oxyg\u00e8ne-28"},"content":{"rendered":"\n

La stabilit\u00e9 d\u2019un noyau atomique peut se mesurer par l\u2019\u00e9nergie n\u00e9cessaire pour d\u00e9loger ses nucl\u00e9ons (protons et neutrons) des orbitales les plus externes. Dans les noyaux dits magiques, dont les orbitales sont enti\u00e8rement peupl\u00e9es, l\u2019\u00e9nergie n\u00e9cessaire est en g\u00e9n\u00e9ral plus grande. L\u2019un d\u2019eux, l\u2019oxyg\u00e8ne-28 semble cependant \u00e9chapper \u00e0 cette r\u00e8gle. Les scientifiques de la collaboration SAMURAI21-NeuLAND \u00e0 laquelle participe Olivier Sorlin, chercheur au GANIL, ont d\u00e9montr\u00e9, \u00e0 travers l\u2019\u00e9tude d\u2019un noyau tr\u00e8s proche, le fluor-30, que ce noyau n\u2019est finalement pas magique et que ses nucl\u00e9ons n\u2019y sont pas maintenus plus fermement.\u00a0 A la place s\u2019installe un r\u00e9gime de superfluidit\u00e9, o\u00f9 les neutrons sautent sans effort entre des orbitales enchev\u00eatr\u00e9es.<\/strong><\/p>\n

Depuis qu\u2019ils ont relev\u00e9 le d\u00e9fi d\u2019\u00e9tudier l\u2019oxyg\u00e8ne-28, les scientifiques de la collaboration SAMURAI au Japon et \u00e0 laquelle participent des physiciens et physiciennes de l\u2019IN2P3 (1), vont de surprise en surprise. La derni\u00e8re en date n\u2019est pas des moindres. Ce noyau, compos\u00e9 de 8 protons et 20 neutrons, est particuli\u00e8rement int\u00e9ressant car, malgr\u00e9 ses caract\u00e9ristiques intrins\u00e8ques, qui devraient faire de lui un noyau \u00ab magique \u00bb, soit plus stable que ses voisins, il s\u2019av\u00e8re hautement instable : sa dur\u00e9e de vie ne d\u00e9passe pas 10-20 secondes. Les physiciens ont donc cherch\u00e9 \u00e0 mieux comprendre son fonctionnement intrins\u00e8que afin d\u2019\u00e9valuer si oui ou non, il devait \u00eatre consid\u00e9r\u00e9 comme magique. Et ce qu\u2019ils ont trouv\u00e9 est tr\u00e8s int\u00e9ressant. La victoire de l\u2019instabilit\u00e9 est due \u00e0 un rapprochement des orbitales dans lesquelles sont rang\u00e9s les nucl\u00e9ons, ce qui permet l\u2019installation d\u2019un r\u00e9gime de superfluidit\u00e9. Superfluidit\u00e9 ? Pour bien comprendre ce ph\u00e9nom\u00e8ne, replongeons dans les bases de la physique nucl\u00e9aire.<\/p>\n

Dans les noyaux atomiques la r\u00e8gle veut que lorsque l\u2019un d\u2019eux a pile le nombre de nucl\u00e9ons pour compl\u00e9ter ses orbitales, il est plus stable et on le dit magique. Cet effet sera par ailleurs d\u00e9cupl\u00e9 si ce remplissage optimal concerne \u00e0 la fois protons et neutrons. On parle alors de noyau doublement magique. L\u2019oxyg\u00e8ne-28, avec ses 8 protons et ses 20 neutrons, fait partie de cette super-cat\u00e9gorie et \u00e0 ce titre il devrait, en th\u00e9orie, avoir une stabilit\u00e9 renforc\u00e9e. Mais une autre r\u00e8gle tout aussi implacable de la physique nucl\u00e9aire agit en sens inverse. Cette fois c\u2019est la diff\u00e9rence entre nombre de protons et nombre de neutrons qui joue. Les noyaux les plus stables en poss\u00e8dent une quantit\u00e9 sensiblement identique. Mais \u00e0 mesure qu\u2019une diff\u00e9rence se creuse, les noyaux sont de moins en moins stables. Avec 20 neutrons et 8 protons, l\u2019oxyg\u00e8ne-28 a une tr\u00e8s forte tendance \u00e0 l\u2019instabilit\u00e9. Et au final il n\u2019y a pas photo : avec sa dur\u00e9e de vie infime, force est de constater que les r\u00e8gles de l\u2019instabilit\u00e9 r\u00e8gnent en ma\u00eetre. Restait \u00e0 savoir pourquoi.<\/p>\n

Pour sonder la magicit\u00e9 de l\u2019oxyg\u00e8ne-28, les scientifiques vont chercher \u00e0 comparer l\u2019\u00e9nergie n\u00e9cessaire pour arracher un neutron \u00e0 l\u2019oxyg\u00e8ne-28 avec celle n\u00e9cessaire pour faire de m\u00eame avec l\u2019oxyg\u00e8ne-29, qui poss\u00e8de un neutron de plus. L\u2019id\u00e9e \u00e9tant que l\u2019oxyg\u00e8ne-28, magique, devrait retenir plus fermement ses neutrons que l\u2019oxyg\u00e8ne-29. Cependant, la dur\u00e9e de vie ultra courte de ces deux isotopes et surtout le mode de d\u00e9croissance de l\u2019oxyg\u00e8ne-29 rendent ce test extr\u00eamement difficile. Les scientifiques de la collaboration SAMURAI21-NeuLAND ont donc propos\u00e9 de contourner le probl\u00e8me en \u00e9tudiant des noyaux tr\u00e8s proches en nombre de nucl\u00e9ons, comme le fluor-30 (9 protons, 21 neutrons) et le fluor-29 (9 protons, 20 neutrons). La proximit\u00e9 entre les deux \u00e9l\u00e9ments permet en effet d\u2019extrapoler le r\u00e9sultat des isotopes de fluor \u00e0 ceux de l\u2019oxyg\u00e8ne. Les mesures obtenues sont sans appel : l\u2019\u00e9nergie n\u00e9cessaire pour \u00e9jecter un neutron \u00e0 chacun des deux isotopes du fluor est comparable, ce qui prouve que la configuration \u00ab magique \u00bb et stabilisante \u00e0 20 neutrons n\u2019existe plus.<\/p>\n

\u00ab Nous estimons que dans cette configuration, impliquant des noyaux tr\u00e8s peu li\u00e9s et tr\u00e8s instables, les orbitales bien distinctes que l\u2019on retrouve d\u2019ordinaire laissent place \u00e0 un enchev\u00eatrement d\u2019orbitales entre lesquelles les neutrons peuvent circuler librement, explique Olivier Sorlin, chercheur au GANIL et ayant particip\u00e9 \u00e0 l\u2019\u00e9tude de SAMURAI21-NeuLAND. Ce nouveau r\u00e9gime qui s\u2019installe est probablement celui de la superfluidit\u00e9, o\u00f9 les neutrons s\u2019apparient entre eux et sautent d\u2019une orbite \u00e0 l\u2019autre de mani\u00e8re indiff\u00e9renci\u00e9e. Dans ce contexte, les r\u00e8gles de la magicit\u00e9, d\u00e9termin\u00e9es par la compl\u00e9tude ou non de certaines orbitales, ne s\u2019appliquent plus. C\u2019est pourquoi l\u2019oxyg\u00e8ne-28 n\u2019est pas magique \u00bb.<\/p>\n\n\n\n

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Graphique pr\u00e9sentant l\u2019\u00e9volution de l\u2019\u00e9nergie de s\u00e9paration (Sn) du dernier neutron des isotopes du Fluor. Les oscillations de la courbe sont dues au fait que, les neutrons \u00e9voluant par paires, cette \u00e9nergie est syst\u00e9matiquement sup\u00e9rieure chez les isotopes contenant un nombre pair de neutrons que chez ceux h\u00e9bergeant un nombre impair : arracher un neutron isol\u00e9 demande moins d\u2019\u00e9nergie. Entre le fluor-29 et le fluor-30, on voit que ces oscillations restent constantes. Ceci prouve que les orbitales neutrons sont bien entrem\u00eal\u00e9es. La pr\u00e9sence du nombre magique N=20 aurait induit une chute de Sn entre le fluor-29 et le fluor-30<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Mais les surprises ne s\u2019arr\u00eatent pas l\u00e0. S\u2019il s\u2019agit de la premi\u00e8re fois qu\u2019un r\u00e9gime de superfluidit\u00e9 serait observ\u00e9 pour des noyaux exotiques, les scientifiques ont aussi pu faire une autre constatation troublante. \u00ab Nous pensions jusqu\u2019alors que l\u2019appariement des neutrons dans un contexte de superfluidit\u00e9 s\u2019effectuait dans le noyau atomique seulement sur de longues distances, lorsque les deux neutrons d\u2019une paire se trouvent dans des r\u00e9gions \u00e9loign\u00e9es du noyau, continue Olivier Sorlin. Or, les mod\u00e8les th\u00e9oriques qui reproduisent les r\u00e9sultats exp\u00e9rimentaux des noyaux de fluor et d\u2019oxyg\u00e8ne proposent que les paires de neutrons soient beaucoup plus proches. Si ce r\u00e9sultat venait \u00e0 \u00eatre confirm\u00e9 par les nouvelles exp\u00e9riences plus sp\u00e9cifiques, pr\u00e9vues par la collaboration SAMURAI, cela rebattrait les cartes en mati\u00e8re de superfluidit\u00e9 \u00bb. On le comprend, avec cette apparition surprise de la superfluidit\u00e9 en lieu et place de la magicit\u00e9, la collaboration SAMURAI a ouvert la voie \u00e0 une nouvelle qu\u00eate passionnante.<\/p>\n

Contact<\/strong>: Olivier Sorlin<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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