Dans les noyaux atomiques, les protons et les neutrons partagent l'énergie et la quantité de mouvement dans des espaces restreints. Mais exactement comment ils partagent l'énergie qui les maintient liés dans le noyau - et même où ils se trouvent dans le noyau - restent des énigmes clés pour les physiciens nucléaires.

Une nouvelle étude menée par des chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) et de l'Université de Washington à St. Louis a abordé ces questions en exploitant les données d'expériences de diffusion nucléaire pour imposer des contraintes strictes sur la façon dont les nucléons (neutrons et protons) s'organisent dans le noyau. La recherche apparaît dans deux articles correspondants dans Examen physique C et Lettres d'examen physique .

Leur analyse montre que pour plusieurs noyaux fondamentaux, une infime fraction des protons et des neutrons possède la part du lion de l'énergie globale qui les maintient liés dans les noyaux, environ 50 pour cent de plus que prévu des traitements théoriques standard.

Plus loin, l'étude fait de nouvelles prédictions pour la "peau de neutrons" (une région où s'accumulent des neutrons supplémentaires) de plusieurs noyaux riches en neutrons. À son tour, ces prédictions sont étroitement liées à la croissance des grandes étoiles à neutrons et aux éléments susceptibles d'être synthétisés dans les fusions d'étoiles à neutrons.

"Nos résultats indiquent quantitativement comment l'asymétrie, les effets de charge et de coque contribuent à la génération de peau de neutrons et conduisent une part disproportionnée de l'énergie de liaison totale aux nucléons les plus profonds, " a déclaré Cole Pruitt, Postdoc LLNL et auteur principal des deux articles.

Comprendre comment l'énergie de l'asymétrie nucléaire change avec la densité est une donnée essentielle à l'équation d'état des neutrons, qui détermine la structure de l'étoile à neutrons. Mais il n'est pas facile de mesurer directement les peaux neutroniques. L'expérience du rayon de plomb de 2010, ou PREX, a fourni la première mesure de peau de neutrons indépendante du modèle pour le plomb-208, mais la mesure était submergée par une grande incertitude. Une expérience de suivi plus précise, PREX II, couru en 2019 et devrait publier bientôt les résultats.

"Un modèle complet ne doit pas seulement reproduire des quantités intégrées (comme le rayon de charge ou l'énergie de liaison totale) mais aussi spécifier comment les nucléons partagent la quantité de mouvement et l'énergie, tout en étant réaliste sur l'incertitude du modèle de ses prédictions, " a déclaré Pruitt.