Une équipe internationale de scientifiques dirigée par le laboratoire national d'Argonne du ministère américain de l'Énergie a résolu une anomalie longtemps controversée dans la façon dont les noyaux tournent. Cette découverte, publiée dans la revue Nature, pourrait avoir des implications pour la physique fondamentale et le développement de nouvelles technologies telles que les ordinateurs quantiques.

Les noyaux sont de minuscules noyaux denses d'atomes qui contiennent des protons et des neutrons. Les protons et les neutrons ont une propriété appelée spin, qui peut être considérée comme la rotation des particules autour de leurs propres axes. Dans la plupart des noyaux, les spins des protons et des neutrons s’annulent, ce qui donne un spin nucléaire total nul.

Cependant, dans certains noyaux, les spins des protons et des neutrons ne s’annulent pas complètement, ce qui entraîne un spin nucléaire non nul. Ce phénomène est connu sous le nom de résonance magnétique nucléaire (RMN) et constitue la base de diverses technologies importantes, telles que l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (spectroscopie RMN).

Pendant des décennies, les scientifiques ont été intrigués par une anomalie dans les spectres RMN de certains noyaux. Cette anomalie, connue sous le nom d'« extinction du moment dipolaire magnétique », se produit lorsque le spin nucléaire est réduit par la présence d'un champ magnétique externe.

L'équipe de scientifiques dirigée par Argonne a maintenant résolu cette anomalie en montrant qu'elle est causée par l'interaction entre le spin nucléaire et les électrons de l'atome. Cette interaction, connue sous le nom d'interaction hyperfine, peut entraîner l'alignement du spin nucléaire avec ou contre le champ magnétique externe, entraînant une réduction du moment magnétique nucléaire.

Cette découverte pourrait avoir des implications pour la physique fondamentale, car elle fournit de nouvelles informations sur les interactions entre noyaux et électrons. Cela pourrait également avoir des applications pratiques, telles que le développement de nouveaux matériaux pour les ordinateurs quantiques et d’autres technologies.

"Il s'agit d'une avancée majeure qui a duré des décennies", a déclaré Samrat Sharma, physicien d'Argonne et co-auteur de l'étude. "Nous sommes ravis de comprendre enfin l'origine de cette anomalie et d'explorer ses implications potentielles pour la science et la technologie."

L’étude a été financée par l’Office of Science du Département américain de l’Énergie et la National Science Foundation.