Les scientifiques ont acquis de nouvelles connaissances sur la force nucléaire faible grâce à des études détaillées des désintégrations bêta des noyaux « miroirs » du lithium-8 et du bore-8. Les noyaux miroirs sont des atomes avec un nombre inversé de protons et de neutrons. Par exemple, le lithium-8 possède trois protons et cinq neutrons, tandis que le bore-8 possède cinq protons et trois neutrons.

Les scientifiques ont effectué une nouvelle mesure plus sensible des propriétés de la désintégration bêta pour rechercher une caractéristique théorisée de la force nucléaire faible qui n'est actuellement pas incluse dans le modèle standard. La force nucléaire faible est à l’origine du processus de désintégration bêta nucléaire. Lors de la désintégration bêta, un proton ou un neutron dans un noyau émet une particule bêta (un électron ou son antiparticule, un positron) et un neutrino.

Les propriétés des désintégrations bêta des noyaux miroirs radioactifs lithium-8 et bore-8 sont en parfait accord avec les prédictions du Modèle Standard. Cet effort combine des méthodes expérimentales et théoriques de pointe et ouvre la voie à de futurs progrès dans l'étude de la force nucléaire faible.

Une équipe de scientifiques nucléaires du Lawrence Livermore National Laboratory, du Argonne National Laboratory et de la Louisiana State University a mesuré avec précision les propriétés de désintégration bêta des noyaux « miroirs » du lithium-8 et du bore-8 pour mieux comprendre la faible force nucléaire. Les noyaux miroirs ont le même nombre total de protons et de neutrons, mais les nombres de chaque particule sont inversés. Les résultats sont publiés dans la revue Physical Review Letters. .

Les noyaux miroirs offrent la possibilité d’étudier la force nucléaire faible avec une sensibilité accrue. La signature prévue d'un grand nombre des nouveaux effets recherchés donnerait lieu à des contributions opposées dans les deux noyaux différents. Cela permettrait aux scientifiques de comparer les résultats du lithium-8 et du bore-8 pour isoler les contributions de chaque noyau à la désintégration.

En étudiant ces deux noyaux avec le Beta-decay Paul Trap, un appareil qui maintient des nuages ​​d'ions sous vide, les chercheurs ont déterminé les énergies et les directions de la particule bêta émise et de deux particules alpha avec une grande précision. Cette approche a permis aux chercheurs de reconstruire toutes les propriétés de désintégration, y compris la contribution du neutrino invisible.

Le Modèle Standard (SM) prédit la distribution des angles d'émission pour la particule bêta et le neutrino, et toute différence observée révélerait de nouveaux aspects de la force nucléaire faible.

L'équipe recherchait des différences inférieures à 1 %, ce qui nécessitait une compréhension approfondie de l'appareil et du système de détection, associée à une approche de premier principe nouvellement développée utilisant la "théorie du modèle de coque sans noyau adapté à la symétrie" pour prendre en compte un certain nombre de différences. petits effets qui découlent de l’environnement compliqué du noyau. Les résultats étaient les plus précis du genre et ont confirmé la prédiction SM avec une confiance accrue.