De nouvelles mesures d’un atome doublement magique révèlent une surprise

Une expérience impliquant la collision d’atomes de plomb spécialisés avec des particules à grande vitesse a révélé une découverte surprenante.

Contrairement à la forme sphérique attendue, le noyau de l’isotope connu sous le nom de plomb-208 (208Pb) apparaît étonnamment aplati.

Des résultats inattendus sur le plomb-208

Cette découverte suggère que les noyaux atomiques pourraient être plus complexes que prévu, avec des implications majeures pour notre compréhension de la formation des éléments lourds.

Les chercheurs expliquent dans leur étude : « Ces résultats suggèrent une déformation prolaste moyenne dans le temps pour le système. Bien que le 208Pb soit un élément clé en physique nucléaire, il reste une énigme pour les théories de la structure nucléaire. »

Le 208Pb est considéré comme un atome unique. Lorsqu’un atome possède un nombre de protons ou de neutrons correspondant à un “nombre magique”, les nucléons forment une couche totalement remplie. Un atome dont les protons et les neutrons ont des nombres magiques est appelé doublement magique ; c’est le cas du 208Pb, qui contient 82 protons et 126 neutrons.

Les noyaux doublement magiques sont particulièrement stables face à la désintégration nucléaire, et le 208Pb est l’isotope stable le plus lourd connu. Il constitue ainsi une référence en physique nucléaire et joue un rôle essentiel dans la compréhension des noyaux doublement magiques.

En raison de sa stabilité exceptionnelle, les scientifiques pensaient initialement que son noyau devait être parfaitement sphérique. Cependant, en étudiant sa structure à l’aide du spectromètre gamma GRETINA au Laboratoire national d’Argonne (États-Unis), ils ont fait une découverte inattendue.

Révéler la forme du plomb-208 grâce à une technologie de pointe

« Nous avons réussi à combiner quatre mesures distinctes en utilisant les équipements les plus avancés au monde pour ce type d’étude, ce qui nous a permis de faire cette observation révolutionnaire », explique Henderson.

« Le résultat nous a surpris, montrant de façon incontestable que le plomb-208 n’est pas sphérique, contrairement à ce que l’on aurait pu supposer. Nos conclusions remettent directement en question les théories nucléaires précédentes et ouvrent une voie prometteuse pour de futures recherches. »

Les expériences ont consisté à bombarder les noyaux de 208Pb avec des particules accélérées à 10 % de la vitesse de la lumière – soit environ 30 000 kilomètres (19 000 miles) par seconde. Ce bombardement à grande vitesse excite les états quantiques du noyau, permettant aux physiciens d’analyser ces états pour en révéler la forme.

En effectuant quatre mesures distinctes des états quantiques, les chercheurs ont découvert la forme légèrement aplatie du noyau de 208Pb.

Bien que 208Pb ait été largement étudié, la découverte que sa forme diffère des hypothèses antérieures constitue une révélation surprenante. Les chercheurs admettent ne pas savoir pourquoi il adopte cette forme d’ellipsoïde oblat.

Cette découverte suggère une complexité plus grande des noyaux atomiques qu’on ne le pensait auparavant, nécessitant des recherches supplémentaires pour mieux comprendre leur comportement.

« Ces expériences extrêmement sensibles ont apporté de nouvelles perspectives sur un phénomène que nous pensions bien comprendre, posant ainsi le défi de découvrir pourquoi cela se produit », explique le physicien nucléaire Paul Stevenson de l’Université de Surrey.

Une possibilité est que les vibrations du noyau de 208Pb, lorsqu’il est excité lors des expériences, soient moins régulières que ce que nous supposions. Nous affinons maintenant nos théories pour vérifier la validité de ces hypothèses.

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Lire l’article original sur : Science Alert

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