Une nouvelle mesure de haute précision de la peau des neutrons dans le calcium-48 doublement magique pourrait aider à faire la lumière sur les interactions proton-neutron à l'intérieur des noyaux. Il s'agit de la première mesure électrofaible très robuste de la peau des neutrons dans un noyau de poids moyen. Les résultats de cette nouvelle mesure, réalisé par la collaboration 48Ca Radius EXperiment (CREX) au Thomas Jefferson National Accelerator Facility du DOE, sera présenté à la réunion d'automne 2021 de la Division de physique nucléaire de l'APS.

"Nous étudions un noyau particulier riche en neutrons appelé calcium-48. C'est un isotope spécial du calcium qui a un excès de neutrons. Le noyau est composé de protons et de neutrons, et le calcium-48 a plus de neutrons que de protons. Nous essayons de comprendre comment ils sont distribués dans ce noyau dense, " dit Caryn Palatchi, un chercheur associé à l'Université de Virginie qui présentera les résultats.

Dans le noyau stable le plus massif mesuré, plomb-208, il a été récemment confirmé qu'un nombre relativement égal de protons et de neutrons se rassemblent vers le cœur, tandis que des neutrons supplémentaires sont poussés vers la frange. Maintenant, les physiciens nucléaires testent si cela est vrai pour le noyau de calcium-48 encore densément peuplé mais beaucoup moins massif et stable.

"Cet isotope particulier a un excès de neutrons et une densité élevée. On pense que les neutrons peuvent s'étendre et s'étendre plus loin que les protons pour créer cette peau, une peau à neutrons, entourant le noyau de calcium. Nous essayons de mesurer cette peau et son épaisseur, " dit Palatchi.

L'épaisseur de la peau de neutrons du plomb-208 s'est avérée plus épaisse qu'on ne le pensait, avec des implications non seulement pour la structure des noyaux, mais aussi pour les étoiles à neutrons. Cette nouvelle mesure de la peau des neutrons dans le calcium-48 aura également de nouvelles implications pour la compréhension par les physiciens nucléaires de la structure des noyaux.

"Le noyau de calcium plus petit a moins de protons et de neutrons, et c'est juste à la portée de certains types de calculs qui partent des principes premiers, ou ab initio calculs. Entre les deux mesures différentes, nous pouvons les comparer à des modèles ab initio calculs d'interactions nucléon-nucléon et modèles pour un noyau dense uniforme, " explique Palatchi. " Alors, entre les deux expériences, on peut parler de ce paysage décrivant une matière très dense."

L'expérience a été réalisée dans l'installation d'accélérateur de faisceau d'électrons continu, une installation d'utilisateur scientifique du DOE. Les données ont été prises de décembre 2019 à mars 2020 et de juillet à septembre 2020. Dans l'expérience, un faisceau d'électrons énergétiques a été dirigé dans un disque argenté de calcium-48 pur qui avait la forme d'une rondelle de hockey, de la taille d'un demi-dollar et d'un demi-pouce d'épaisseur.

Les électrons énergétiques interagissent avec les protons et les neutrons à l'intérieur des noyaux de calcium via la force électrofaible. Alors que les interactions via la partie électromagnétique de la force électrofaible sont conservatrices de parité, les interactions via la partie force faible violent la parité.

"La parité est une symétrie en miroir. Cela fait référence à si vous deviez changer l'interaction de droite à gauche et de haut en bas, le même résultat se produirait, " explique Palatchi. " La violation de la parité signifie qu'il y a une interaction qui, si vous en faites une image miroir, ça ne se passe pas pareil; l'image miroir n'est pas identique."

Cette caractéristique de violation de parité permet aux physiciens nucléaires de se concentrer sur les interactions des électrons avec les neutrons à l'intérieur du noyau calcium-48.

"La violation de la parité est une signature de la force faible, et les neutrons ont une charge faible. Donc, nous sondons vraiment les neutrons. Nous utilisons la force faible pour les sonder, " dit Palatchi.

Le résultat final fournira des informations sur le facteur de forme du calcium-48, sa peau neutronique et le rayon neutronique. Les conditions expérimentales similaires permettent également des comparaisons entre les noyaux calcium-48 et plomb-208.

"Nous espérons établir une référence avec cette mesure. La peau de neutrons dans le plomb est apparue épaisse par rapport à nos attentes, donc on attend la même chose avec le calcium, " dit Robert Michaels, un scientifique du Jefferson Lab qui présentera également les résultats avec une discussion plus approfondie. "Dans les deux cas, nous nous attendons à ce que ce résultat nous dise quelque chose de nouveau sur la structure des noyaux denses."

La première présentation publique du résultat 48Ca Radius EXperiment (CREX) sera faite par Caryn Palatchi, chercheur associé à l'Université de Virginie. Elle présentera les premiers résultats du CREX lors de la réunion d'automne 2021 de l'APS Division of Nuclear Physics. Robert Michaels, un scientifique du Jefferson Lab, présentera également les résultats avec une discussion plus approfondie. La réunion se tiendra virtuellement du 11 au 14 octobre.