Nouveau nombre magique dans le noyau atomique

L’expérience ISOLTRAP du CERN (Image: CERN)

La collaboration ISOLTRAP a mesuré la masse de noyaux de calcium exotiques à l'aide d'un nouvel instrument installé auprès de l’installation ISOLDE au CERN. Les mesures obtenues, qui seront publiées le 20 juin dans la revue Nature, établissent clairement un nouveau « nombre magique » lié à la stabilité de cette espèce exotique. Ces résultats permettent de mieux comprendre comment les noyaux peuvent être décrits du point de vue de la force forte, l’une des forces fondamentales.

« Les nouvelles mesures d’une expérience classique à basse énergie auprès de l’installation ISOLDE viennent compléter de récents résultats importants obtenus sur le radon, à l’aide de faisceaux post-accélérés, et sur l’astate, à l’aide de faisceaux laser au niveau de la source, a déclaré le Directeur général du CERN, Rolf Heuer. Un autre exemple qui illustre les nombreux outils dont dispose ISOLDE pour produire de la physique passionnante. »

Ces résultats mettent en lumière dans les isotopes du calcium un nombre magique qui n’était pas prévu dans le « modèle en couches » d’origine, pour lequel Maria Goeppert-Mayer et Hans Jensen ont reçu le prix Nobel en 1963, il y a exactement 50 ans.  Dans ce modèle, les protons et neutrons d’un noyau sont structurés en « couches » rappelant celles des électrons dans les atomes. Les nombres magiques correspondent à des couches nucléaires pleines, dans lesquelles les constituants sont plus étroitement liés, ce qui se traduit par une plus grande stabilité et des masses plus légères.

L’équipe d’ISOLTRAP a utilisé l'installation ISOLDE pour produire des isotopes exotiques du calcium, qui possède un nombre magique de 20 protons dans une couche complète. Son objectif était de comprendre la manière dont la structure en couches évolue avec un nombre croissant de neutrons. On notera que le calcium ordinaire, constitué de 20 neutrons, est doublement magique, et qu’un isotope rare à longue durée de vie du calcium possède 28 neutrons – un autre nombre magique.

L’équipe d’ISOLTRAP est maintenant parvenue à mesurer les masses des isotopes du calcium jusqu’au calcium 54, qui est constitué de 34 neutrons et de 20 protons. Ces mesures permettent ainsi non seulement de révéler un nouveau nombre magique, le 32, mais également de déterminer les interactions nucléaires dans les noyaux exotiques riches en neutrons.

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