Noyaux atomiques avec "halo" de protons
Les noyaux atomiques exotiques peuvent avoir des formes inhabituelles. Certains d'entre eux sont même entourés d'un nuage de leurs propres protons.
Un noyau atomique classique, tel qu'on le trouve à l'intérieur de la plupart des éléments courants, est essentiellement un amas à peu près sphérique de protons et de neutrons, solidement lié par la force nucléaire forte. Mais lorsque les noyaux deviennent plus exotiques, par exemple lorsqu'ils ont un nombre inhabituel de protons ou de neutrons, ou tout simplement lorsqu'ils sont extrêmement lourds, ils développent parfois des structures très remarquables. Ainsi, les noyaux des éléments les plus lourds, créés artificiellement, peuvent être aplatis, en forme d'œuf ou même de poire. Et certains noyaux ont une sorte d'auréole (en anglais : halo) de protons ou de neutrons - des composants nucléaires individuels qui s'étendent comme des nuages bien au-delà du rayon réel du noyau atomique.
Une équipe dirigée par Yu Yue, de l'Institut de physique moderne de l'Académie chinoise des sciences, a utilisé une nouvelle technique pour découvrir plusieurs noyaux atomiques exotiques présentant un tel halo de protons. Comme le rapporte l'équipe dans la revue "Physical Review Letters", l'un des noyaux découverts pourrait même avoir un double "halo" : Argon-31 pourrait être entouré de deux de ces nuages de protons. Pour cette étude, l'équipe a mesuré les masses des noyaux atomiques avec un nombre inhabituellement faible de neutrons. Ainsi, le silicium-23 a cinq neutrons de moins que le silicium-28 "normal" ; il manque même neuf neutrons à l'argon-31 par rapport à l'argon-40 stable.
Ces noyaux atomiques particulièrement riches en protons sont très instables, ils se désintègrent en quelques millisecondes. Ils sont proches de ce que l'on appelle la "ligne de goutte" - cette limite à partir de laquelle les composants nucléaires en excès "gouttent" simplement hors du noyau. De telles formations exotiques à la limite de la stabilité fournissent des informations sur le comportement des composants nucléaires dans des conditions extrêmes et permettent de comprendre la nature de la matière elle-même. Les halos sont une conséquence de ces relations de liaison exotiques. Les particules fortement liées ont une forte probabilité de se trouver au centre du noyau. Les particules du halo, en revanche, sont plus faiblement liées et donc plus éloignées du noyau - elles l'entourent comme une sorte de peau ou de halo.
Des halos de neutrons sont maintenant connus pour plusieurs noyaux riches en neutrons. En revanche, les halos de protons sont très difficiles à détecter. L'équipe de Yu a donc utilisé la comparaison avec les "noyaux miroirs" : Des noyaux atomiques dans lesquels les protons et les neutrons sont quasiment inversés. Ainsi, le noyau miroir de l'argon-31 est l'isotope aluminium-31 - il a 13 protons et 18 neutrons. Ces noyaux, s'ils sont exactement symétriques, devraient avoir une différence d'énergie calculable. Cependant, sur la base des masses atomiques mesurées avec précision, les spécialistes ont montré que les énergies réelles s'écartaient de la symétrie. Cela indique que l'énergie de liaison dans l'argon-31 est différente de celle attendue. Grâce à de telles analyses, l'équipe conclut que les noyaux de phosphore-26 et -27 et de soufre-27 et -28 ont chacun un halo-proton - et l'argon-31 en a même deux.
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