Dans un ouvrage publié dans Lettres d'examen physique , des chercheurs du RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science et de deux universités vietnamiennes - l'université Duy Tan et l'université de Khanh Hoa - ont fait une percée majeure en proposant, pour la première fois, une approche microscopique unifiée et cohérente capable de décrire simultanément deux quantités importantes pour comprendre les propriétés statistiques des noyaux - la densité de niveau nucléaire et la probabilité d'émission de rayons gamma à partir de noyaux chauds - qui jouent un rôle essentiel dans la nucléosynthèse stellaire.

Conformément aux règles de la mécanique quantique, le noyau atomique a des niveaux d'énergie discrets. Lorsque l'énergie d'excitation augmente, l'espacement entre les niveaux diminue rapidement, ce qui les rend densément peuplés. Dans cette condition, traiter avec des niveaux nucléaires individuels devient impossible. Au lieu, il est plus pratique de considérer les propriétés moyennes des excitations nucléaires en termes de deux quantités, appelées densité de niveau nucléaire (NLD) et fonction de force radiative (RSF). L'ancien, introduit par Hans Bethe il y a 80 ans, est le nombre de niveaux excités par unité d'énergie d'excitation. Le dernier, proposé par Blatt et Weisskopf il y a 64 ans, décrit la probabilité qu'un photon de haute énergie (rayon gamma) soit émis.

Ces deux quantités sont indispensables pour comprendre la nucléosynthèse astrophysique, y compris les calculs des taux de réaction dans le cosmos et la production d'éléments, ainsi que dans des technologies telles que la production d'énergie nucléaire et la transmutation des déchets nucléaires. Par conséquent, l'étude de ces grandeurs est devenue un sujet clé en physique nucléaire. Ce domaine a pris de l'ampleur en 2000 après que des expérimentateurs de l'Université d'Oslo ont proposé une méthode pour extraire simultanément les deux du spectre de désintégration gamma primaire obtenu dans une seule expérience. Cette méthode, cependant, souffre d'incertitudes liées au processus de normalisation. Compte tenu de l'importance de ces deux quantités, il est impératif d'avoir une base théorique cohérente pour les comprendre. Néanmoins, une théorie unifiée capable de décrire simultanément et au microscope à la fois la NLD et la RSF a été absente jusqu'à présent.

Maintenant, employant les champs moyens de nucléons indépendants (protons et neutrons), les auteurs ont résolu exactement le problème d'appariement superfluide de nucléons. Ces solutions exactes sont utilisées pour construire la fonction de partition pour le calcul de la NLD. Pour calculer le RSF, les lacunes exactes d'appariement des neutrons et des protons ainsi que les quantités associées obtenues à partir de la même fonction de partition sont entrées dans le modèle microscopique d'amortissement du phonon proposé en 1998 par l'un des auteurs, Nguyen Dinh Dang du RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science, en collaboration avec Akito Arima pour décrire le comportement de la résonance dipolaire géante (GDR) dans les noyaux hautement excités.

"Le bon accord entre les prédictions de la présente approche et les données expérimentales indique que l'utilisation de solutions exactes pour l'appariement est en effet très importante pour la description cohérente de la NLD et de la RSF aux énergies d'excitation faible et intermédiaire et des rayons gamma, " dit Nguyen Quang Hung de l'Université Duy Tan, l'auteur correspondant de l'article.

Commentant ce travail, Nguyen Dinh Dang déclare :« Notre approche montre que la dépendance à la température de la forme GDR dans les noyaux chauds est cruciale pour la description correcte de la probabilité d'émission de rayons gamma à de faibles énergies de rayons gamma. Le prochain objectif est de développer un approche cohérente basée sur l'appariement exact et la structure microscopique des états vibrationnels pour étudier les excitations collectives nucléaires."