La recherche fondamentale en physique nucléaire menée au GANIL cherche à répondre à de grandes questions sur la matière qui nous compose et nous entoure.

Comment la matière a-t-elle été créée dans l'Univers ?

Comment interagissent neutrons et protons, constituant le noyau de l'atome ?

Quelles sont les règles qui régissent les noyaux dits magiques ?

Quelles sont les limites d'existence de la matière ?

 

Comment la matière a-t-elle été créée dans l'Univers ?

Après le Big Bang, l’Univers contient seulement deux éléments chimiques: l’hydrogène et l’hélium. Ce sont les étoiles qui sont à l’origine de la grande diversité des éléments constituant l’Univers aujourd’hui. Ces immenses chaudrons cosmiques créent en permanence de nouveaux atomes qui sont éjectés dans l’Univers lors de violents cataclysmes, comme les explosions de supernovae.

Au GANIL,les astrophysiciens reproduisent et observent les réactions qui ont lieu dans les étoiles pour mieux comprendre le processus de création des éléments chimiques et la vie des étoiles.

Comment interagissent neutrons et protons, constituant le noyau de l'atome ?

Pour étudier le noyau de l’atome, les physiciens le mettent à rude épreuve en le projetant à plusieurs dizaines de milliers de km/s sur d’autres noyaux. Les résultats obtenus sont surprenants: noyaux en forme de citron, de poire, coexistence de plusieurs formes pour un même noyau…

Ces expériences permettent de mettre à l’épreuve les modèles théoriques sur lesquels s’appuie notre compréhension de la matière nucléaire. Elles permettent également d’étudier les forces assurant la cohésion du noyau ou responsables de ses transformations.

Quelles sont les règles qui régissent les noyaux dits magiques ?

Les noyaux semblent particulièrement stables et robustes lorsqu’ils possèdent 2, 8, 20, 28, 50, 82 ou 126 protons et/ou neutrons. On les appelle les «nombres magiques». Toutefois, il semblerait que les noyaux dits « exotiques », c’est-à-dire n’existant pas à l’état naturel sur Terre, ne répondent pas tous à cette loi.

Au GANIL, les physiciens étudient la « magicité » de noyaux toujours plus exotiques et l’évolution de leur structure en fonction du nombre de protons et de neutrons qu’ils contiennent.

Quelles sont les limites d'existence de la matière ?

Aujourd’hui, l’élément le plus lourd jamais observé en laboratoire – c’est-à-dire ayant le plus de protons et de neutrons dans son noyau – compte 118 protons. Les modèles théoriques prédisent l’existence de noyaux encore plus lourds, composés de plus de 120 protons. Ces éléments massifs dits «super-lourds» peuvent être produits dans la fusion de deux noyaux. Grâce aux intensités inégalées des faisceaux de SPIRAL2 et à de nouveaux équipements expérimentaux plus performants, le GANIL sera le fer de lance de cette quête des « super-lourds ». 

Pour aller plus loin :

Le fonctionnement du GANIL