Un groupe de chercheurs a utilisé un équipement initialement destiné à l'observation astronomique pour capturer les transformations de la structure nucléaire des noyaux atomiques, rapporte une nouvelle étude dans Scientific Reports. .
Un noyau est constitué de protons et de neutrons. Il existe environ 270 noyaux stables dans la nature, mais ce nombre grimpe jusqu'à 3 000 si l'on inclut les noyaux instables. Des recherches récentes sur les noyaux instables ont découvert des phénomènes non observés dans les noyaux stables, notamment des anomalies dans les niveaux d'énergie, la disparition des nombres magiques et l'émergence de nouveaux nombres magiques.
Pour étudier ces changements structurels, il est important de déterminer les états quantiques, l’énergie interne, le spin et la parité de l’état. Les méthodes conventionnelles ont été limitées par la difficulté d'équilibrer la sensibilité et l'efficacité de détection lors de l'analyse des caractéristiques électromagnétiques des transitions.
Les chercheurs ont désormais utilisé leur caméra Compton à semi-conducteur multicouche pour capturer la polarisation des rayons gamma émis par les noyaux atomiques. Cela révèle la structure interne des noyaux atomiques.
Cette méthode réduit considérablement les incertitudes liées à la détermination du spin et de la parité des états quantiques dans les noyaux atomiques rares, permettant ainsi de capturer les transformations de la structure nucléaire.
La caméra Compton comprend un capteur d’imagerie à semi-conducteur au tellurure de cadmium (CdTe), initialement conçu pour l’observation astronomique. Il a une efficacité de détection élevée et une précision de détermination de position précise. Le groupe de recherche a utilisé cette caméra dans des expériences de spectroscopie nucléaire en contrôlant artificiellement à la fois la position et l'intensité des émissions de rayons gamma de la cible, permettant une analyse détaillée des événements de diffusion et en réalisant une mesure de polarisation très sensible.
Les chercheurs ont capitalisé sur la précision de position d'un capteur d'imagerie de type pixel et ont utilisé des expériences sur l'accélérateur RIKEN Pelletron pour évaluer les performances de la caméra. Des faisceaux de protons ont été dirigés vers une cible en film de fer mince, générant le premier état excité des noyaux de 56Fe. Les rayons gamma émis ont été mesurés, révélant une structure de pic.
L’équipe a réussi à extraire la distribution de l’angle d’azimut de diffusion. La sensibilité remarquablement élevée pour capturer la polarisation des rayons gamma a été obtenue avec une efficacité de détection fiable. Cette performance est cruciale pour étudier la structure des noyaux radioactifs rares.
Cette recherche pourrait ouvrir la voie à une compréhension plus approfondie des principes fondamentaux qui sous-tendent la formation de l'univers et les caractéristiques de la matière, y compris le processus de désintégration des nombres magiques dans des noyaux exotiques et instables.
L'équipe de recherche comprenait le professeur Tadayuki Takahashi de l'Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l'univers (WPI-Kavli IPMU) et l'étudiant diplômé (au moment de la recherche) Yutaka Tsuzuki, ainsi que les chercheurs du laboratoire de spectroscopie nucléaire d'Ueno, Shintaro Go, du cluster RIKEN pour la recherche pionnière. et Hideki Ueno, le laboratoire de rayonnement cosmique du centre RIKEN Nishina pour la science basée sur les accélérateurs Hiroki Yoneda, le professeur agrégé de l'université de Kyushu Yuichi Ichikawa et le professeur agrégé de l'université de la ville de Tokyo Tatsuki Nishimura.
Plus d'informations : S. Go et al, Démonstration de polarimétrie nucléaire des rayons gamma basée sur une caméra multicouche CdTe Compton, Rapports scientifiques (2024). DOI :10.1038/s41598-024-52692-2
Informations sur le journal : Rapports scientifiques
Fourni par l'Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l'univers, Université de Tokyo
