On sait peu de choses sur les plus lourds, éléments radioactifs dans le tableau de Mendeleev. Mais une technique extrêmement sensible faisant appel à la lumière laser et aux jets de gaz permet pour la toute première fois d'appréhender leur structure atomique et nucléaire. Une équipe internationale dirigée par des scientifiques de l'Institut de physique nucléaire et radiologique de la KU Leuven rapporte ces résultats dans Communication Nature .

En 2016, les scientifiques ont ajouté quatre autres éléments au tableau périodique de Mendeleev. Ces éléments lourds ne se trouvent pas sur Terre et ne peuvent être générés qu'à l'aide de puissants accélérateurs de particules. "Les éléments sont généralement générés en quantités minuscules, parfois juste quelques atomes par an. Ces atomes sont également radioactifs, leur décadence est donc rapide :parfois ils n'existent qu'une fraction de seconde. C'est pourquoi la connaissance scientifique de ces éléments est très limitée, " déclarent les physiciens nucléaires Mark Huyse et Piet Van Duppen de l'Institut de physique nucléaire et des radiations de la KU Leuven.

Les chercheurs de la KU Leuven espèrent maintenant changer cela grâce à une nouvelle utilisation de la technique d'ionisation laser. "Nous avons produit de l'actinium (Ac), l'élément d'appellation des actinides lourds, dans une série d'expériences utilisant l'accélérateur de particules de Louvain-la-Neuve. Les atomes en décomposition rapide de cet élément ont été capturés dans une chambre à gaz remplie d'argon, aspiré dans un jet supersonique, et éclairé par des faisceaux laser. Ce faisant, nous amenons l'électron externe sur une orbite différente. Un deuxième faisceau laser tire alors l'électron au loin. Cela ionise l'atome, ce qui signifie qu'il devient chargé positivement et est maintenant facile à manipuler et à détecter. La couleur de la lumière laser est comme une empreinte digitale de la structure atomique de l'élément et de la structure de son noyau."

En soi, l'ionisation laser est une technique bien connue mais son utilisation dans un jet supersonique est nouvelle et très adaptée au lourd, éléments radioactifs :« En ionisant l'atome on augmente considérablement la sensibilité de la technique. La production de quelques atomes par seconde est déjà suffisante pour les mesures lors des expériences. Cette technologie augmente la sensibilité, précision, et la vitesse de l'ionisation laser d'au moins dix fois. Cela marque une toute nouvelle ère pour la recherche sur les éléments les plus lourds et permet de tester et de corriger les modèles théoriques de la physique nucléaire. Notre méthode sera utilisée dans le nouvel accélérateur de particules du GANIL, qui est actuellement en construction en France.