{"id":7484,"date":"2026-03-30T09:40:51","date_gmt":"2026-03-30T07:40:51","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/?p=7484"},"modified":"2026-03-30T16:35:24","modified_gmt":"2026-03-30T14:35:24","slug":"les-vibrations-comme-fenetre-sur-la-forme-et-la-structure-nucleaires","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/fr\/2026\/03\/30\/les-vibrations-comme-fenetre-sur-la-forme-et-la-structure-nucleaires\/","title":{"rendered":"Les vibrations comme fen\u00eatre sur la forme et la structure nucl\u00e9aires"},"content":{"rendered":"\n

Les noyaux atomiques peuvent vibrer de mani\u00e8re \u00e9tonnamment ordonn\u00e9e. M\u00eame lorsqu\u2019ils sont complexes, les vibrations ont jou\u00e9 un r\u00f4le central dans la r\u00e9v\u00e9lation des lois fondamentales de la nature, depuis le mouvement d\u2019un pendule jusqu\u2019aux vibrations des atomes dans un cristal, en passant par les ondes gravitationnelles. Un noyau, poss\u00e9dant \u00e0 la fois un proton non-appari\u00e9 et un neutron non-appari\u00e9 – o\u00f9 le mouvement collectif ordonn\u00e9 est g\u00e9n\u00e9ralement masqu\u00e9 par le comportement chaotique des particules individuelles – a \u00e9t\u00e9 caract\u00e9ris\u00e9. Dans le cadre d\u2019une collaboration internationale, des donn\u00e9es issues de dispositifs de derni\u00e8re g\u00e9n\u00e9ration (VAMOS++ coupl\u00e9 aux spectrom\u00e8tres AGATA et EXOGAM au GANIL), ainsi que du multid\u00e9tecteur Gammasphere aux \u00c9tats-Unis, ont \u00e9t\u00e9 combin\u00e9es pour comprendre le comportement collectif du noyau riche en neutrons Nobium-104. Des signatures claires de vibrations simples et plus complexes ainsi que des indications que le noyau peut adopter plusieurs formes \u00e0 des \u00e9nergies presque identiques, ont \u00e9t\u00e9 observ\u00e9es. Ce r\u00e9sultat montre que, m\u00eame dans des syst\u00e8mes nucl\u00e9aires tr\u00e8s compliqu\u00e9s, des mouvements \u00e9tonnamment coh\u00e9rents et bien organis\u00e9s peuvent subsister, offrant de nouvelles perspectives sur le comportement de la mati\u00e8re \u00e0 son niveau le plus fondamental et une meilleure compr\u00e9hension des syst\u00e8mes quantiques complexes.<\/strong><\/strong><\/p>\n\n\n\n

Dans les noyaux atomiques, les nucl\u00e9ons (protons et neutrons, qui sont des fermions) sont li\u00e9s entre eux par des forces fortes \u00e0 une tr\u00e8s petite \u00e9chelle de longueur. Les nucl\u00e9ons peuvent se d\u00e9placer dans diff\u00e9rentes orbitales (mouvement de particule individuelle) ou se mouvoir collectivement de mani\u00e8re corr\u00e9l\u00e9e. Dans le cas extr\u00eame de ce dernier, un noyau peut \u00eatre trait\u00e9 comme un rotor rigide, par analogie avec les mol\u00e9cules. Les phonons vibrationnels nucl\u00e9aires repr\u00e9sentent le mouvement collectif des protons et des neutrons, et les vibrations peuvent prendre des formes encore plus exotiques, comme des vibrations de grande amplitude correspondant \u00e0 des \u00e9tats de r\u00e9sonance dans le continuum ; certaines peuvent \u00eatre visualis\u00e9es comme des oscillations du fluide neutron contre le fluide proton, voire comme des modes de compression. Ces \u00e9tats vibrationnels n\u00e9cessitent g\u00e9n\u00e9ralement une \u00e9nergie d\u2019excitation \u00e9lev\u00e9e du noyau.<\/p>\n\n\n\n

Les vibrations nucl\u00e9aires \u00e0 basse \u00e9nergie ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9crites avec succ\u00e8s par Bohr et Mottelson il y a plus d\u2019un demi-si\u00e8cle, \u00e0 l\u2019aide d\u2019un mod\u00e8le collectif qui traite le noyau comme une goutte liquide quantique. Dans cette description, les vibrations de forme nucl\u00e9aire sont caract\u00e9ris\u00e9es par des param\u00e8tres mesurant l\u2019\u00e9cart du noyau par rapport \u00e0 une sph\u00e8re, ainsi que son \u00e9ventuelle sym\u00e9trie autour d\u2019un axe ou l\u2019adoption d\u2019une forme plus asym\u00e9trique, triaxiale, sans axe de sym\u00e9trie (comme un ellipso\u00efde aplati). Parmi celles-ci, les vibrations quadrupolaires dans les noyaux d\u00e9form\u00e9s sont class\u00e9es en vibrations \u03b2 et \u03b3. La vibration gamma (\u03b3) peut \u00eatre consid\u00e9r\u00e9e comme une oscillation s\u2019\u00e9loignant de la sym\u00e9trie axiale tout en conservant globalement sa d\u00e9formation.  <\/p>\n\n\n\n

Les vibrations dans les noyaux diff\u00e8rent fondamentalement de celles des syst\u00e8mes \u00e9tendus comme les cristaux, dans lesquels les phonons sont presque des bosons parfaits : le syst\u00e8me est harmonique, et de nombreux phonons peuvent occuper le m\u00eame mode vibratoire sans restriction. En revanche, les noyaux sont compos\u00e9s de fermions. Les phonons nucl\u00e9aires r\u00e9sultent de superpositions coh\u00e9rentes d\u2019excitations particule-trou et n\u2019ob\u00e9issent qu\u2019approximativement \u00e0 des statistiques bosoniques. Le principe de Pauli limite les excitations fermioniques pouvant participer de mani\u00e8re coh\u00e9rente, restreignant ainsi le nombre d\u2019excitations multi-phonons. De plus, les vibrations nucl\u00e9aires sont anharmoniques, ce qui refl\u00e8te le couplage fort entre le mouvement collectif et les degr\u00e9s de libert\u00e9 individuels des nucl\u00e9ons. Par cons\u00e9quent, le nombre de phonons dans les noyaux, en particulier dans les syst\u00e8mes nucl\u00e9aires impair-impair (c\u2019est-\u00e0-dire contenant \u00e0 la fois un proton et un neutron non appari\u00e9s), est limit\u00e9.<\/p>\n\n\n\n

Les exp\u00e9riences visant \u00e0 \u00e9tudier la structure des noyaux impair-impair sont beaucoup plus difficiles que pour les noyaux pair-pair. Dans ces syst\u00e8mes, les \u00e9tats de basse \u00e9nergie sont g\u00e9n\u00e9ralement domin\u00e9s par des combinaisons complexes de mouvements individuels de particules. La pr\u00e9sence de nombreux \u00e9tats excit\u00e9s rend donc extr\u00eamement difficile l\u2019identification de signatures vibratoires claires \u00e0 partir de leurs propri\u00e9t\u00e9s. Cela les rend particuli\u00e8rement pr\u00e9cieux : lorsqu\u2019ils sont observ\u00e9s, ils fournissent des tests rigoureux des mod\u00e8les de structure nucl\u00e9aire et des informations sur la comp\u00e9tition entre mouvement collectif et comportement individuel des particules. Jusqu\u2019\u00e0 pr\u00e9sent, aucune preuve de vibrations dans un noyau triaxial n\u2019a \u00e9t\u00e9 trouv\u00e9e dans les noyaux impair-impair.<\/p>\n\n\n\n

Le noyau \u00e9tudi\u00e9, le noyau riche en neutrons \u00b9\u2070\u2074Nb (il est \u00e0 noter que \u2079\u00b3Nb est le seul isotope stable existant sur Terre), a \u00e9t\u00e9 produit lors d\u2019une r\u00e9action de fission nucl\u00e9aire g\u00e9n\u00e9rant un grand nombre de fragments dans divers \u00e9tats quantiques excit\u00e9s discrets. Identifier les \u00e9tats excit\u00e9s d\u2019un seul noyau revient \u00e0 chercher une aiguille dans une botte de foin. Cette mesure difficile n\u2019a \u00e9t\u00e9 possible que gr\u00e2ce \u00e0 la combinaison de deux techniques compl\u00e9mentaires de spectroscopie gamma \u00e0 la pointe de la technologie, permettant d\u2019\u00e9tudier les \u00e9tats excit\u00e9s via leur d\u00e9croissance gamma. Le spectrom\u00e8tre magn\u00e9tique VAMOS++ (avec r\u00e9solution isotopique), coupl\u00e9 au multid\u00e9tecteur g AGATA (lorsqu\u2019il \u00e9tait au GANIL), ainsi qu\u2019au d\u00e9tecteurs EXOGAM, a permis d\u2019identifier les \u00e9tats excit\u00e9s des fragments de fission produits par la r\u00e9action d\u2019un faisceau de \u00b2\u00b3\u2078U sur une cible de \u2079Be. Le multid\u00e9tecteur Gammasphere (lorsqu\u2019il \u00e9tait au LBL, aux \u00c9tats-Unis) a \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9 ind\u00e9pendamment pour obtenir des mesures de co\u00efncidences \u03b3 de haut ordre \u00e0 partir d\u2019une source de \u00b2\u2075\u00b2Cf. L\u2019identification isotopique et les nouveaux \u00e9tats observ\u00e9s dans \u00b9\u2070\u2074Nb au GANIL ont ensuite \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9s pour g\u00e9n\u00e9rer des \u00e9v\u00e9nements de co\u00efncidence \u03b3 de haut ordre, issus de la fission spontan\u00e9e d\u2019une source de \u00b2\u2075\u00b2Cf plac\u00e9e au centre du dispositif Gammasphere, afin de construire une structure compl\u00e8te des niveaux excit\u00e9s. Cet effort conjoint montre \u00e9galement comment les collaborations internationales et l\u2019utilisation de donn\u00e9es ouvertes permettent de r\u00e9soudre des probl\u00e8mes autrement inaccessibles. Dans le noyau riche en neutrons \u00b9\u2070\u2074Nb, des bandes d\u2019\u00e9tats excit\u00e9s correspondant \u00e0 des vibrations \u03b3 \u00e0 un et deux phonons ont \u00e9t\u00e9 identifi\u00e9es \u00e0 l\u2019aide de relations th\u00e9oriques connues, impliquant les \u00e9nergies et les intensit\u00e9s des transitions \u00e9lectromagn\u00e9tiques. Les mesures de corr\u00e9lations angulaires ont permis de d\u00e9terminer les spins et les parit\u00e9s des \u00e9tats observ\u00e9s.<\/p>\n\n\n\n

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Experimental setups: VAMOS++ spectrometer and AGATA (Advanced GAmma Tracking Array) gamma tracking array + EXOGAM (EXOtic GAMma array) at GANIL and GAMMASPHERE at Lawrence Berkeley National Laboratory, USA.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Les propri\u00e9t\u00e9s des bandes observ\u00e9es \u2014 comme leurs moments d\u2019inertie similaires, leurs caract\u00e9ristiques magn\u00e9tiques et les transitions fortes les reliant \u2014 montrent qu\u2019elles partagent une origine vibratoire commune. Ces r\u00e9sultats exp\u00e9rimentaux ont \u00e9galement \u00e9t\u00e9 bien reproduits par des calculs th\u00e9oriques avanc\u00e9s du mod\u00e8le en couches prenant en compte des formes nucl\u00e9aires triaxiales. De plus, la mesure d\u2019une dur\u00e9e de vie atypique sugg\u00e8re la coexistence de diff\u00e9rentes formes nucl\u00e9aires, notamment une configuration oblate \u00e0 longue dur\u00e9e de vie, au sein d\u2019un m\u00eame noyau. Ces formes multiples illustrent le ph\u00e9nom\u00e8ne de coexistence de formes, observ\u00e9 dans de nombreux autres noyaux, correspondant \u00e0 diff\u00e9rentes configurations des nucl\u00e9ons. Leur coexistence indique une quasi-d\u00e9g\u00e9n\u00e9rescence de diff\u00e9rents minima d\u2019\u00e9nergie dans le potentiel nucl\u00e9aire. En d\u2019autres termes, le noyau peut \u00ab choisir \u00bb plusieurs formes \u00e0 des \u00e9nergies presque identiques.<\/p>\n\n\n\n

Ce travail d\u00e9montre que le mouvement vibratoire collectif peut rester \u00e9tonnamment robuste m\u00eame en pr\u00e9sence de protons et de neutrons non appari\u00e9s, et que plusieurs formes nucl\u00e9aires peuvent coexister dans un m\u00eame syst\u00e8me. La d\u00e9couverte d\u2019autres exemples de vibrations multi-phonons dans des noyaux impair-impair permettra d\u2019approfondir notre compr\u00e9hension de l\u2019influence des nucl\u00e9ons individuels sur le mouvement collectif, selon les orbitales qu\u2019ils occupent. Au-del\u00e0 de la physique nucl\u00e9aire, ces r\u00e9sultats pourraient contribuer \u00e0 une meilleure compr\u00e9hension des vibrations dans les syst\u00e8mes quantiques complexes dans divers domaines de la physique.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n

Ces r\u00e9sultats ont \u00e9t\u00e9 r\u00e9cemment publi\u00e9s dans E. Wang et al., Phys. Rev. Lett.<\/em> 136, 072501 (2026).<\/p>\n\n\n\n

Contact: Navin Alahari<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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