Une nouvelle étude à ISOLDE ne trouve aucune signature d'un nombre "magique" de neutrons dans le potassium-51, contester la nature magique proposée des noyaux avec 32 neutrons.

La magie semble s'éloigner de certains noyaux atomiques. Les dernières mesures des tailles des noyaux de potassium riches en neutrons ne montrent aucune signature d'un nombre "magique" de neutrons dans le potassium-51, qui a 19 protons et 32 ​​neutrons. Le résultat, obtenu par une équipe de chercheurs utilisant l'installation de physique nucléaire du CERN ISOLDE et décrit dans un article qui vient de paraître dans Physique de la nature , remet en question les théories de la physique nucléaire et la nature magique proposée des noyaux à 32 neutrons.

On pense que les protons et les neutrons occupent chacun une série d'enveloppes d'énergie différente dans un noyau atomique, tout comme les électrons d'un atome remplissent une série de couches autour du noyau. Dans ce modèle d'obus nucléaire, noyaux dans lesquels des protons ou des neutrons forment des couches complètes, sans aucun espace laissé pour des particules supplémentaires, sont appelés « magiques » parce qu'ils sont plus fortement liés et plus stables que leurs voisins nucléaires. Le nombre de protons ou de neutrons dans de tels noyaux est appelé nombre magique, et sont les pierres angulaires sur lesquelles les physiciens construisent leur compréhension des noyaux.

Des études antérieures ont indiqué que les noyaux avec exactement ou près de 20 protons et avec 32 neutrons sont magiques sur la base de l'énergie nécessaire pour éliminer une paire de neutrons du noyau ou pour amener le noyau à un niveau d'énergie plus élevé. Cependant, les mesures de l'évolution des rayons (de charge) des noyaux de potassium et de calcium riches en neutrons au fur et à mesure que des neutrons leur sont ajoutés ont remis en cause cette indication, car ils n'ont pas affiché de diminution relative soudaine des rayons du potassium-51 et du calcium-52, qui ont tous deux 32 neutrons. Une telle diminution, par rapport aux voisins nucléaires avec moins de neutrons, indiquerait que 32 est un nombre magique de neutrons et que les noyaux avec 32 neutrons sont magiques.

Un nombre magique de neutrons de 32 pourrait également être révélé par une augmentation relative soudaine des rayons des noyaux qui ont un neutron de plus, soit 33 neutrons. C'est exactement ce que l'équipe à l'origine de la dernière étude ISOLDE a entrepris d'étudier. En mariant deux techniques, les chercheurs d'ISOLDE ont pu faire des mesures de rayons de noyaux de potassium riches en neutrons et les étendre au potassium-52, qui a 33 neutrons. Les deux techniques sont un type de spectroscopie laser appelée spectroscopie d'ionisation à résonance colinéaire (CRIS), qui permet d'étudier avec une grande précision les noyaux riches en neutrons, et détection de la désintégration β, qui implique la détection de particules bêta (électrons ou positons) émises par les noyaux.

Les nouvelles mesures d'ISOLDE n'ont montré aucune augmentation relative soudaine du rayon du potassium-52, et donc pas de signature de « magie » au neutron numéro 32.

Les chercheurs ont ensuite modélisé les données avec des théories nucléaires de pointe, constatant que les données remettent en question ces théories. « Les meilleurs modèles de physique nucléaire du marché ne peuvent pas reproduire les données de manière satisfaisante, " déclare l'auteur principal de l'article Agi Koszorus. " S'ils obtiennent une caractéristique des données correcte, ils manquent totalement le reste, " a ajouté le co-auteur principal Xiaofei Yang.

"Cette étude met en évidence notre compréhension limitée des noyaux riches en neutrons, " dit le co-auteur Thomas Cocolios. " Plus nous étudions ces noyaux exotiques, plus on se rend compte que les modèles ne parviennent pas à reproduire les résultats expérimentaux. C'est comme avoir une carte pleine d'autoroutes, mais dès que vous prenez un chemin hors de ces autoroutes, vous pourriez aussi bien marcher sur la lune pour autant que nous sachions."

"Ce résultat montre combien de travail il nous reste pour comprendre le noyau atomique - probablement le domaine le moins compris de la physique, " conclut Cocolios.