Une équipe de recherche internationale a réalisé avec succès des mesures spectroscopiques ultra-précises aux rayons X de l’uranium de type hélium. L'équipe, qui comprend des chercheurs de l'Université Friedrich Schiller de Jena et de l'Institut Helmholtz de Jena (tous deux en Allemagne), a obtenu des résultats démontrant leur succès dans le démêlage et le test séparé des effets électrodynamiques quantiques à un électron, à deux boucles et à deux électrons pour des effets Coulomb extrêmement puissants. champs des noyaux les plus lourds pour la première fois.
Les chercheurs ont publié leurs résultats dans la revue Nature .
L’article publié détaille la recherche fondamentale sur la question séculaire de ce qui maintient notre monde uni au niveau le plus profond. Le Dr Robert Lötzsch, physicien expérimental à l'Institut d'optique et d'électronique quantique de l'Université de Jena, affirme que la particularité de ce projet réside dans le fait que les mesures ont été effectuées sur les atomes stables les plus lourds.
"Lorsque nous mesurons un atome d'hydrogène portant le numéro atomique un, nous pouvons mesurer avec précision les transitions électroniques jusqu'à 13 décimales", explique le Dr Lötzsch. Il explique que pour l'uranium, qui porte le numéro atomique 92, des mesures précises ont été prises à cinq décimales près.
La mesure se concentre sur la transition entre les différentes orbites. Les expériences ont eu lieu dans l'anneau de stockage expérimental GSI/FAIR à Darmstadt, un complexe d'accélérateurs de particules utilisé par plusieurs pays européens. Des groupes d'étude de Pologne, de France, du Portugal et d'Allemagne ont participé aux récentes mesures sous la direction de Martino Trassinelli et Robert Lötzsch. Le complexe de Darmstadt comprend un anneau de stockage d'ions d'une circonférence de plus de 100 mètres et un accélérateur en amont qui s'étend sur plus d'un kilomètre.
Lötzsch décrit l'expérience comme suit :Tout d'abord, des ions libres sont produits. Pour y parvenir, l’uranium est vaporisé puis considérablement accéléré jusqu’à environ 40 % de la vitesse de la lumière. Le matériau résultant est ensuite introduit à travers un film spécial, perdant ainsi des électrons. Les électrons accélérés sont ensuite guidés vers un anneau de stockage, où ils courent autour d'une trajectoire circulaire.
"Les particules clignotent devant nos spectromètres jusqu'à 50 millions de fois par seconde et, occasionnellement, il se produit une transition électronique que nous pouvons mesurer à l'aide d'un spectromètre", explique Lötzsch. Le spectromètre à cristal de Bragg spécial utilisé dans l'expérience a été construit à Iéna.
Le pivot du spectromètre, explique Lötzsch, est un cristal spécifiquement courbé fabriqué à partir de l'élément germanium. "Ce cristal est aussi fin qu'une feuille de papier et est conservé dans un moule en verre spécial", explique Lötzsch. Cette technique nécessite une expertise considérable et a été développée à Iéna. La recherche sur le développement de tels appareils de mesure est en cours depuis plus de 30 ans.
Les résultats publiés par le groupe de recherche sont le résultat d’une expérience menée en 2021. Les tests ont duré trois semaines à Pâques dans des conditions compliquées par la pandémie de COVID-19. Néanmoins, Lötzsch estime que les résultats en valent la peine.
Il explique :« Nous avons testé avec succès si notre compréhension théorique s'appliquait également à cette niche exotique de matériaux. » Les résultats, dit-il, aideront donc à approfondir notre compréhension de ce qui « maintient le monde uni aux niveaux les plus intimes ».
Plus d'informations : R. Loetzsch et al, Tests d'électrodynamique quantique dans des champs extrêmes utilisant de l'uranium de type hélium, Nature (2024). DOI :10.1038/s41586-023-06910-y
Informations sur le journal : Nature
Fourni par l'Université Friedrich Schiller de Jena
