Witold Nazarewicz de l'Université d'État du Michigan a une façon simple de décrire le travail complexe qu'il effectue à l'installation pour les faisceaux d'isotopes rares, ou FRIB.

"J'étudie la physique nucléaire théorique, " dit Nazarewicz, John A. Hannah Professeur émérite de physique et scientifique en chef au FRIB. "Les théoriciens du nucléaire veulent savoir ce qui fait fonctionner le noyau."

Il y a un noyau dans chaque atome. Atomes, à son tour, composent la matière - les choses avec lesquelles nous interagissons tous les jours. Mais le noyau est toujours entouré de mystère. L'un des objectifs de la FRIB dans la création d'isotopes rares, ou différentes formes d'éléments, est de mieux comprendre ce qui se passe à l'intérieur des noyaux des atomes.

Dans un nouveau papier pour Lettres d'examen physique , Simin Wang, un ancien chargé de recherche au FRIB, et Nazarewicz montrent comment le FRIB peut repérer les signatures d'événements nucléaires inhabituels et les utiliser comme fenêtres sur le noyau.

« Il y aura un programme au FRIB consacré à de telles mesures, " a déclaré Nazarewicz. " Ce que nous voulons faire, c'est comprendre la structure du noyau. "

Comme tout enfant peut en témoigner, l'une des meilleures façons de comprendre comment quelque chose fonctionne est de le démonter. En fabriquant des isotopes rares, FRIB créera des noyaux exotiques qui se désintègrent ou se désintègrent naturellement.

Alors que certains membres du personnel du FRIB terminent la construction de l'installation physique – qui devrait commencer des expériences scientifiques en 2022 – des théoriciens, dont Wang et Nazarewicz, développent des modèles informatiques qui aideront à interpréter la nouvelle science qu'elle produit ainsi qu'à faire des prédictions sur le comportement nucléaire.

Les noyaux sont eux-mêmes construits à partir de particules subatomiques appelées protons et neutrons. Certains noyaux se désintègrent en créant des paires de protons ou de neutrons à l'intérieur du noyau, puis en les crachant.

Par exemple, c'est le cas d'un isotope connu sous le nom de béryllium-6, qui est un atome de béryllium avec quatre protons et deux neutrons dans son noyau. À l'intérieur du béryllium-6, les protons peuvent s'apparier et lorsque le noyau se désintègre en libérant une telle paire, Les détecteurs du FRIB pourront repérer les particules éjectées.

Wang et Nazarewicz ont construit un modèle informatique qui leur permet de reconstituer essentiellement à quoi ressemblaient ces protons à l'intérieur du noyau en fonction de ce que voient les détecteurs du FRIB.

"Nous mesurons ces particules comme des sondes, non pas parce que nous nous intéressons particulièrement aux protons, " dit Nazarewicz. " Ces protons sont des messagers, transportant des informations sur le noyau à partir duquel ils ont été émis.

Le modèle fonctionne également de la même manière pour les noyaux rares qui se désintègrent en émettant des paires de neutrons.

L'un des plus grands défis du travail a été de développer un modèle informatique capable de tracer ces particules sur une énorme étendue d'échelles de longueur.

Les noyaux sont mesurés en femtomètres, de simples quadrillions de mètre. Mais les détecteurs de FRIB sont, Grosso modo, un mètre de distance. Pour le point de vue, il y a bien plus de femtomètres entre vos deux pupilles qu'il n'y a de mètres entre la Terre et le soleil.

Pourtant, le modèle des Spartiates devait être capable de prendre en compte les événements à la fois à l'échelle du femtomètre et les distances beaucoup plus grandes que les particules doivent parcourir pour atteindre le détecteur.

"Vous devez être capable de caractériser correctement les particules à l'intérieur du noyau et de les suivre au fur et à mesure qu'elles se désintègrent du noyau et se déplacent vers les détecteurs, " Nazarewicz a déclaré. "Ce n'est pas trivial de faire des calculs à travers ces échelles."

Nazarewicz remercie Wang d'avoir relevé ce défi et mené le projet à bien. Et, bien que Wang concède que c'était difficile, il espère que les gens ne se souviennent pas à quel point le travail a été dur, mais comme c'est excitant.

"L'essentiel de ma carrière de chercheur a été consacré au développement d'outils théoriques reliant structure nucléaire et observables expérimentaux, donc je ne peux pas décrire à quel point je suis excité que le FRIB soit presque terminé, " a déclaré Wang.

"Parce que les observables calculés avec notre nouvel outil peuvent être directement comparés à des mesures expérimentales, nous pourrons faire beaucoup de prédictions et découvrir de nombreux nouveaux phénomènes, " Wang a dit. " Ce sera une grande époque. "