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Des théories ont été introduites dès les années 1960 sur l'existence possible d'éléments superlourds. Leurs noyaux les plus durables pourraient donner naissance à un « îlot de stabilité » bien au-delà de l'élément uranium. Cependant, une nouvelle étude, dirigé par des physiciens nucléaires de l'Université de Lund, montre qu'un manifeste de physique nucléaire vieux de 50 ans doit maintenant être révisé.
L'élément le plus lourd que l'on trouve dans la nature est l'uranium, avec un noyau contenant 92 protons et 146 neutrons. Les noyaux des éléments plus lourds deviennent de plus en plus instables en raison de l'augmentation du nombre de protons chargés positivement. Ils se décomposent donc de plus en plus vite, généralement en une fraction de seconde.
Une combinaison « magique » de protons et de neutrons peut cependant conduire à des éléments dont la durée de vie augmente rapidement. Un tel nombre "magique" de protons a longtemps été prédit pour l'élément flerovium, qui a le numéro atomique 114 dans le tableau périodique. À la fin des années 1960, une théorie a été introduite par le physicien de Lund Sven-Gösta Nilsson, entre autres, qu'un tel îlot de stabilité devrait exister autour de l'élément 114 alors encore inconnu.
"C'est en quelque sorte un Saint Graal en physique nucléaire. Beaucoup rêvent de découvrir quelque chose d'aussi exotique qu'un voire stable, élément superlourd, " dit Anton Såmark-Roth, doctorant en physique nucléaire à l'université de Lund.
Inspiré des théories de Nilsson, les chercheurs ont étudié en détail l'élément flerovium et fait des découvertes révolutionnaires. L'expérience a été menée par une équipe de recherche internationale dirigée par Dirk Rudolph, professeur à l'Université de Lund.
Dans le cadre du programme de recherche FAIR Phase-0 à l'installation d'accélérateur de particules GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung à Darmstadt, Allemagne, jusqu'à six 1, 018 (6, 000, 000, 000, 000, 000, 000) les noyaux atomiques de calcium-48 ont été accélérés à 10 % de la vitesse de la lumière. Ils ont bombardé une fine couche de plutonium 244 rare et, par fusion nucléaire atomique, flerovium pourrait être créé, un atome à la fois. Dans l'expérience de 18 jours, l'équipe de recherche a ensuite enregistré la décroissance radioactive de quelques dizaines de noyaux de flerovium dans un dispositif de détection spécialement développé à Lund.
Grâce à l'analyse exacte des fragments de désintégration et des périodes pendant lesquelles ils ont été libérés, l'équipe a pu identifier de nouvelles branches de désintégration de flerovium. Il a été montré que ceux-ci ne pouvaient pas être conciliés avec les propriétés "magiques" prédites de l'élément.
Au moyen d'un système de détection au silicium à l'intérieur d'une chambre à vide entourée de nouveaux détecteurs au germanium, l'énergie et le temps d'arrivée des noyaux de flerovium et de leurs produits de désintégration, par exemple. particules alpha, électrons ou produits de fission, ainsi que les rayons X et les rayons gamma, ont été enregistrés. Crédit :A. Såmark-Roth, Université de Lund
Le faisceau de calcium de l'accélérateur UNILAC a traversé la ligne de lumière visible à gauche de l'image jusqu'à la zone cible (centre de l'image) où a eu lieu la fusion nucléaire conduisant à la production de flerovium. Les produits de la réaction nucléaire et le faisceau de calcium n'ayant pas réagi ont ensuite traversé les aimants visibles en rouge à droite, qui a isolé les noyaux de flerovium de toutes les autres particules. Flerovium est alors entré dans l'appareil de détection à l'extrémité du séparateur. Crédit :G. Otto, GSI/FAIR
« Nous avons été très heureux que toute la technologie entourant notre installation expérimentale ait fonctionné comme il se doit lorsque l'expérience a commencé. Surtout, pouvoir suivre la désintégration de plusieurs noyaux de flerovium depuis la salle de contrôle en temps réel était très excitant, " dit Daniel Cox, post-doctorat en physique nucléaire à l'Université de Lund.
Les nouveaux résultats, publié dans la revue de recherche Lettres d'examen physique , sera d'une grande utilité à la science. Au lieu de chercher l'îlot de stabilité autour de l'élément 114, le monde de la recherche peut se concentrer sur d'autres éléments encore inconnus.
"C'était un travail exigeant mais, bien sûr, expérience très réussie. Maintenant, nous savons, nous pouvons passer de l'élément 114 et plutôt regarder autour de l'élément 120, qui n'a pas encore été découvert. Maintenant, le voyage vers l'île de stabilité va prendre un nouveau cours, " conclut Anton Såmark-Roth.
