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Nouvelles scientifiques
Paris, le 20 juillet 2010
Le noyau de krypton moins déformé que prévu !
Des mesures de masses des noyaux exotiques 96Kr et 97Kr (isotopes du krypton), effectuées dans le cadre de la collaboration Isoltrap au Cern, qui implique l’IN2P3/CNRS, ont révélé que le noyau du krypton était moins déformé, et donc plus sphérique, que les autres noyaux de masses voisines (autour de A(1)=100), contrairement à ce que prévoyaient les modèles. Il s’agit d’une contrainte inédite sur les paramètres de déformation des noyaux autour de A=100. Ces résultats, qui apportent des éléments nouveaux pour la compréhension de la structure nucléaire et notamment de la nucléosynthèse stellaire, ont été publiés dans la revue Physical Review Letters le 16 juillet 2010.
Alors qu’une transition de phase classique dépend généralement de la température et de la pression, une transition de phase quantique de la matière nucléaire a lieu quand les neutrons et protons qui constituent le noyau modifient leurs orbites et induisent un changement de forme du noyau.
Une transition de phase quantique avait déjà été mise en évidence pour les isotopes du noyau de zirconium Zr (autour de N=60), qui sont très déformés.
Jusqu’à présent, tous les modèles nucléaires avaient prédit que les isotopes du krypton Kr (Z=36) seraient déformés de la même manière que ceux du zirconium, leurs masses(2) étant très voisines. Mais les masses des noyaux 96Kr et 97Kr récemment mesurées montrent que ce n’est pas le cas : une autre transition de phase a lieu pour les noyaux de Kr, lesquels s’avèrent plus sphériques que leur voisins (Rb, Sr, Y, Zr, Nb).
Cette approche, en particulier à travers le "modèle des bosons interactifs" (IBM) utilisé ici, est particulièrement intéressante car elle se base sur des méthodes employées en physique de la matière condensée : tout comme dans les transitions de phases qui ont lieu aux points critiques (de pression et de température), les noyaux de Kr forment un front des points critiques, ou "front critique", pour la transition de phase quantique nucléaire des noyaux autour de A=100.
Ces résultats sont essentiels pour évaluer l’énergie de liaison des protons et des neutrons de ces noyaux dans l’état fondamental, exempt de toute interaction entre nucléons. L’objectif est de trouver l’énergie de liaison minimale, laquelle est décisive pour comprendre l’occupation des orbitales nucléaires.
La masse des noyaux 96Kr et 97Kr n’avait jamais été mesurée auparavant. Ces mesures montrent que la transition de phase est complète pour Z=36 (Kr) et imposent une contrainte très forte sur les calculs IBM et la compréhension des phénomènes critiques dans les noyaux. Ce point critique a pu être mis en évidence grâce à la grande sensibilité de l’installation Isolde et du spectromètre Isoltrap. En effet, la durée de vie de 63 ms de l'isotope 97Kr le place parmi les noyaux de plus courte durée de vie jamais mesurée dans un piège de Penning(3). Ces résultats montrent également comment les mesures de masses peuvent amener des informations clefs sur la structure nucléaire, qui ne sont souvent acquises qu'au moyen d'études spectroscopiques. Un tel programme de mesures de masses avec un piège de Penning est également en cours d’élaboration pour le projet Desir, l’installation de basse énergie auprès de Spiral2 au Ganil.
Ces recherches ont été menées par des physiciens de l’IN2P3/CNRS (CSNSM(4)), de l'Institut Max-Planck de Heidelberg, de GSI-Darmstadt, de l’association Helmholtz, des Universités de Greifswald et de Dresde, du Cern et de la collaboration Isolde.
(1) A est le nombre de masse. A = Z + N, Z étant le nombre de protons et N le nombre de neutrons.
(2) La masse d’un noyau résulte de l’énergie de liaison des protons et des neutrons qui le constituent.
(3) Le confinement d’un ion offre la possibilité de l’observer longtemps et donc de le peser avec une grande précision. Dans un piège de Penning, la particule est confinée pratiquement au repos, comme c’est le cas dans le spectromètre Isoltrap. Les ions à mesurer sont confinés par l’action simultanée d’un champ magnétique et d’un champ électrique.
(4) Centre de spectrométrie nucléaire et de spectrométrie de masse (CNRS, Université Paris Sud 11)
Contact chercheur
- David Lunney, Tél : 01 69 15 52 20
