Fig. 1 Forces de transition entre les états de spin 0 pour les noyaux de masse atomique inférieure à 50. Le point vert montre la force de la transition entre l'état superdéformé et l'état fondamental de 40 Ca, qui a la plus petite valeur. Les points rouges sont des valeurs expérimentales et la ligne pointillée est une courbe inversement proportionnelle à la puissance 2/3 du nombre de masse A, montrant la tendance entre les états de spin-0 par rapport à la masse. Crédit :E. Ideguchi
Des scientifiques du Centre de recherche en physique nucléaire de l'Université d'Osaka, en collaboration avec l'Université nationale australienne, l'Agence japonaise de l'énergie atomique, l'Université de Tokyo et l'Université GIT AM, ont utilisé les mesures d'une feuille de calcium irradiée avec des protons pour déduire la force de transition entre différentes configurations nucléaires dans le calcium-40. Ils ont découvert que l'interférence quantique rendait la transition de l'état allongé "superdéformé" à un état sphérique normal beaucoup moins probable que prévu. Ces travaux pourraient conduire à une meilleure compréhension de la formation des éléments dans les supernovae.
En physique nucléaire, certains isotopes sont appelés "magiques" car ils contiennent exactement le bon nombre de protons ou de neutrons pour former une coquille complète. Les premiers nombres magiques sont 2, 8, 20, 28 et 50. Le calcium-40, la forme de calcium la plus abondante, est considéré comme "doublement magique" car il contient 20 protons et 20 neutrons dans son noyau. En conséquence, cet isotope est très stable. Avec les noyaux magiques, diverses formes du noyau peuvent avoir des énergies très similaires, de sorte qu'une coexistence peut se produire. Cela représente la superposition quantique de plus d'une conformation de protons et de neutrons en même temps. Cependant, le mécanisme de désintégration d'un noyau dans la conformation "superdéformée", en forme de ballon de rugby allongé, dans la forme sphérique à plus faible énergie a été un mystère majeur.
Fig. 2 Schéma de principe de trois états déformés coexistant dans les transitions noyau 40 Ca et paire électron-positon. (A) Transition de l'état super-déformé à l'état fondamental sphérique, (B) de l'état déformé normal à l'état fondamental, et (C) de l'état super-déformé à l'état déformé normal. Crédit :E. Ideguchi
Maintenant, l'équipe de chercheurs a utilisé des mesures d'émission d'électrons et de positrons à partir de transitions de désintégration entre différents états de noyaux de calcium-40 pour clarifier le mécanisme. "Nous avons observé des preuves que la désintégration de l'état excité superdéformé à l'état fondamental sphérique est supprimée de manière inattendue dans un noyau de calcium-40", a déclaré le premier auteur Eiji Ideguchi. L'équipe a découvert que la force de transition entre ces états est si faible en raison de l'interférence quantique destructrice entre les configurations de formes coexistantes d'énergies similaires.
Pour collecter des données expérimentales, des protons ont été tirés sur une cible de calcium, et les électrons et positrons résultants émis à partir d'états excités ont été mesurés. "Ce travail approfondit notre compréhension des états de déformation coexistants qui sont propres aux noyaux", déclare l'auteur principal Tibor Kibédi. Leur étude sera publiée dans Physical Review Letters , et cette recherche pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre les processus qui donnent naissance aux différents éléments de l'univers, ainsi que la remarquable stabilité des noyaux magiques.
Fig. 3 Spectromètre à paire électron-positon, Super-e. La ligne jaune sur la figure montre l'irradiation du faisceau sur la cible. Les électrons et positrons qui en sont émis (lignes rouges et vertes) sont guidés vers le détecteur Si situé en aval. Crédit :T. Kibédi
