Des chercheurs de la Michigan State University ont mesuré pour la première fois les noyaux de trois isotopes de calcium riches en protons, selon un nouvel article publié dans Physique de la nature .

L'une des propriétés les plus fondamentales du noyau est sa taille. Le rayon nucléaire augmente généralement avec le nombre de constituants protons et neutrons. Cependant, lorsqu'on l'examine de près, les rayons varient de manière unique, reflétant le comportement complexe des protons et des neutrons à l'intérieur du noyau.

La variation des rayons de charge des isotopes du calcium est particulièrement intéressante. Ils présentent un comportement particulier avec le calcium-48 ayant presque le même rayon que le calcium-40, un maximum local au calcium-44, un motif en zigzag impair-pair distinct, et un très grand rayon pour le calcium-52. Bien que le motif ait été partiellement expliqué (ligne grise sur la figure), de nombreuses théories existantes peinent à expliquer ce comportement. En dessous de l'isotope stable du calcium-40 le plus léger, le rayon de charge n'est connu que pour le calcium-39, en raison de la difficulté à produire des noyaux de calcium riches en protons.

Le rayon d'un noyau de calcium est petit, environ 0,0000000000000035 mètres (ou 3,5 femtomètres), et la variation locale est 200 fois plus petite encore. De plus, les isotopes de calcium riches en protons ont une durée de vie plutôt courte. Par exemple, le calcium-36 n'existe que pendant un dixième de seconde. Les minuscules changements de rayons de charge des isotopes à très courte durée de vie peuvent être mesurés à l'aide de la technique de spectroscopie laser développée au BEam COoler et à la spectroscopie LAser, BÉCOLA, au Laboratoire national du cyclotron supraconducteur de l'Université d'État du Michigan.

La recherche, dirigé par Andrew Miller, Assistante diplômée NSCL, mesuré pour la première fois (carrés rouges sur la figure) les rayons de charge de trois isotopes de calcium riches en protons (avec des nombres de masse A=36, 37, 38). Celles-ci se sont avérées beaucoup plus petites que les prédictions théoriques précédentes et présentent une nouvelle énigme. Cependant, un modèle théorique amélioré axé sur ces données actuelles reproduit remarquablement la tendance générale des rayons du calcium-36 jusqu'au calcium-52 (ligne bleue sur la figure). Ce succès peut être attribué à une meilleure compréhension des façons particulières dont les protons interagissent les uns avec les autres à de grandes distances en dehors de la surface d'un noyau de calcium riche en protons. L'amélioration de la compréhension des rayons de charge aura un impact sur les développements ultérieurs d'un modèle global du noyau atomique.

L'expérience de spectroscopie laser à BECOLA et le modèle nucléaire amélioré joueront un rôle encore plus essentiel dans la détermination et l'interprétation des rayons des noyaux à l'Installation des faisceaux d'isotopes rares actuellement en construction à MSU, qui offrira un accès sans précédent à de nouveaux isotopes rares.