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Un nouveau mode de désintégration radioactive

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Dans deux expérience récentes, effectuées l'une au Grand accélérateur national d'ions lourds (Ganil - CNRS/CEA) de Caen et l'autre au Gesellschaft für SchwerIonenforschung (GSI) de Darmstadt en Allemagne, une équipe internationale de physiciens a mis pour la première fois en évidence la désintégration radioactive du fer 45 par émission simultanée de deux protons. Ce mode de décroissance radioactive était fortemement recherché depuis 40 ans par la communauté des physiciens nucléaires auxquels cette découverte ouvre de nouvelles perspectives d'étude de la structure des noyaux d'atomes.

Les noyaux atomiques stables se caractérisent par un équilibre entre leurs nombres de protons et de neutrons. Lorsque cet équilibre est perturbé par un excès de l'un de ces deux types de nucléons, le noyau devient instable. Il se désintègre alors en émettant généralement un électron ou un positon. C'est la radioactivité bêta au cours de laquelle un neutron excédentaire se transforme en un proton (émission d'un électron, radioactivité bêta-) ou vice-versa (émission d'un positon, radioactivité bêta+).

Cependant, dans le cas d'un trop grand déséquilibre, les forces nucléaires ne sont plus capables de lier tous les nucléons entre eux et le noyau émet alors directement un ou des nucléon(s) excédentaire(s). La théorie nucléaire prédit notamment, depuis les années 1960, qu'un noyau très riche en protons et dont la limite de cohésion est atteinte doit émettre un ou deux protons (radioactivité un-proton et radioactivité deux-protons) selon que son nombre initial de protons est respectivement impair ou pair. Si la radioactivité un-proton a bien été observée pour la première fois au début des années 1980 au GSI et permet depuis une étude approfondie de la structure nucléaire des noyaux instables, cela n'était pas le cas jusqu'à présent de l'émission de deux protons.

C'est chose faite aujourd'hui. Pour la première fois, les résultats obtenus par deux expériences réalisées sur le fer 45, l'une au GSI et l'autre au Ganil, viennent de démontrer qu'un noyau très excédentaire en protons peut se désintégrer spontanément par émission simultanée de deux protons, avec une durée de vie suffisamment longue pour que le phénomène soit observable. Cette découverte devrait permettre d'étudier le mécanisme de ce nouveau mode de désintégration et d'ouvrir ainsi une nouvelle voie d'accès à l'observation des forces régnant à l'intérieur d'un noyau atomique. Cela est d'autant plus important qu'il n'existe que peu de modes de décroissance radioactive connus.

Ces expériences sont le fruit d'une collaboration entre le Centre d'études nucléaires de Bordeaux-Gradignan (CENBG - CNRS/IN2P3), l'Université de Varsovie, le GSI, le Ganil (CNRS - CEA), l'IAP Bucarest, l'Université du Tennessee, l'Université de Liverpool, l'Université d'Edimbourg et l'Université de l'état du Michigan.

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