Une nouvelle étape dans la compréhension des manifestations de l’interaction nucléaire

Par Gaëlle Degrez / Publié le 25 janvier 2017

Une équipe internationale, conduite par le CEA et ses partenaires de l’institut de recherche japonais RIKEN et impliquant des chercheurs de l’Institut de Physique Nucléaire (IPNO/CNRS/UPSud) a pu déterminer expérimentalement la structure d’un noyau de zirconium très riche en neutrons (110Zr). Il s’agit d’une première qui remet en cause les théories employées jusque-là. Ce noyau lourd s’avère en effet plus déformé que ce que les modélisations prévoyaient.


Détecteur Minos. © CEA

Jamais observée auparavant, la structure du noyau de 110Zr n’avait pu qu’être théorisée, les résultats des modélisations divergeant beaucoup. Les physiciens ont pu déterminer expérimentalement que le noyau de 110Zr est de forme ellipsoïdale, bien plus marquée que ce que certains modèles prédisaient (d’autres donnaient même une forme pyramidale ou sphérique).

Pourquoi étudier 110Zr ? - L’étude de la structure de noyaux lourds riches en neutrons permet, outre d’approfondir leur connaissance, de mieux comprendre les propriétés de l’interaction forte qui lie protons et neutrons dans le noyau, et de valider ou invalider les modèles théoriques. Pour certains cas comme le 110Zr, de telles données permettent également d’étudier la formation des éléments lourds dans l’Univers.

Les modèles existants divergeaient beaucoup sur la détermination de la structure de 110Zr. Grâce à cette démonstration expérimentale, les physiciens  franchissent une nouvelle étape dans la compréhension des manifestations de l’interaction nucléaire.

Un résultat rendu possible par les performances inégalées de MINOS

Le détecteur MINOS (Magic Numbers Off Stability), financé par l’ERC, a été conçu et réalisé par les services techniques et scientifiques de l’Institut de recherche fondamentale sur les lois de l’Univers (CEA-Irfu, Saclay). Il permet de mesurer des spectres d’énergie d’excitation de noyaux instables produits à faible intensité. Cela est permis notamment grâce à la conception d’une cible cryogénique d’hydrogène liquide épaisse (100 mm) couplée à un trajectographe, qui permet de reconstruire le lieu des réactions nucléaires dans la cible. Il est opérationnel depuis 2014 auprès de l’accélérateur Radioactive Isotope Beam Factory (RIBF) de l’institut de recherche japonais Nishina Center de RIKEN.


Schématisation de la problématique de l’étude : alors que les modèles théoriques cherchent à déterminer la structure du noyau lourd 110Zr (sphérique ? tétraédrique ?), le détecteur MINOS a identifié une ellipsoïde particulièrement déformée. © N.Paul / CEA

Références : « Are There Signatures of Harmonic Oscillator Shells Far from Stability? First Spectroscopy of 110Zr », N. Paul et. al., Physical Review Letters, janvier 2017

Dernière modification le 25 janvier 2017