Beaucoup d'éléments lourds, comme l'or, sont pensés pour se former dans des environnements cosmiques riches en neutrons - pensez aux supernovae ou aux fusions d'étoiles à neutrons. Dans ces conditions extrêmes, les noyaux atomiques peuvent rapidement capturer les neutrons et devenir plus lourds, créer de nouveaux éléments. Aux confins de la carte nucléaire, qui range tous les noyaux connus selon leur nombre de protons et de neutrons, se trouvent des noyaux inexplorés qui sont cruciaux pour comprendre les détails de ce processus rapide de capture de neutrons. C'est notamment le cas des noyaux de moins de 82 protons et de plus de 126 neutrons.

Les chercheurs utilisant l'installation de physique nucléaire du CERN ISOLDE ont maintenant pénétré dans cette région presque inexplorée de la carte nucléaire avec une première étude de la structure neutronique de l'isotope du mercure ²⁰⁷ Hg. Cet isotope n'est pas directement impliqué dans le processus rapide de capture de neutrons, ou "r-processus, " mais c'est un voisin relativement proche des noyaux du processus r situés dans cette région presque inexplorée. En tant que tel, ²⁰⁷ Le Hg pourrait aider à révéler certains des secrets nucléaires des noyaux du processus r et ainsi faire la lumière sur l'origine des éléments lourds.

Pour étudier la structure neutronique de ²⁰⁷ Hg, les chercheurs ont d'abord pris ²⁰⁶ Isotopes Hg qui ont été produits avec des centaines d'autres isotopes exotiques à ISOLDE en tirant un faisceau de protons de 1,4 milliard d'électronvolts du propulseur de synchrotron à protons sur une cible de plomb fondu. Les ²⁰⁶ isotopes Hg, qui ont un neutron de moins dans le noyau que ²⁰⁷ Hg, ont ensuite été accélérés dans l'accélérateur HIE-ISOLDE de l'installation à une énergie d'environ 1,52 milliard d'électronvolts, la plus haute énergie jamais atteinte à HIE-ISOLDE. Les chercheurs ont ensuite concentré les ²⁰⁶ Isotopes Hg sur une cible de deutérium à l'intérieur du spectromètre solénoïde (ISS) ISOLDE, un spectromètre magnétique nouvellement développé qui a été capable de révéler des événements dans lesquels le ²⁰⁶ Les isotopes Hg ont capturé un neutron et se sont transformés en ²⁰⁷ Isotopes Hg.

De l'analyse de ces événements, les chercheurs ont déterminé les énergies de liaison des orbitales nucléaires dans lesquelles le neutron est capturé, C'est, le degré auquel le neutron capturé est lié aux autres neutrons et protons. Ils ont ensuite introduit ces résultats dans des modèles théoriques du processus r pour tester et contester ces modèles.

« Ce résultat marque la première exploration de la structure neutronique du ²⁰⁷ noyau Hg, ouvrant la voie à de futures études expérimentales, avec l'instrument ISS à ISOLDE et dans les installations de physique nucléaire de nouvelle génération, de la région nucléaire presque inexplorée où ²⁰⁷ Hg ment, " dit le chercheur principal Ben Kay du Laboratoire national d'Argonne, où la technique qui sous-tend l'ISS a été mise au point.

« Cette étude a été possible grâce à trois choses :le système accélérateur HIE-ISOLDE terminé, qui permet aujourd'hui d'accélérer des isotopes radioactifs à des énergies proches de 10 millions d'électronvolts par proton ou neutron; l'installation de l'ISS, un ancien aimant d'IRM réutilisé pour des études de noyaux exotiques par une collaboration du Royaume-Uni, Belgique et CERN; et, enfin et surtout, un système de détecteur de particules fourni par le Laboratoire national d'Argonne et qui a permis de réaliser l'expérience juste avant le début de l'arrêt en cours du complexe d'accélérateurs du CERN, " a expliqué la porte-parole d'ISOLDE Gerda Neyens.