Des physiciens nucléaires de l'Université du Tennessee ont réalisé trois découvertes clés sur le processus de capture rapide de neutrons qui forme des éléments lourds comme l'or lors d'événements stellaires. Leur recherche, menée à l'installation ISOLDE du CERN, clarifie la désintégration des noyaux atomiques instables. Les résultats, publiés dans Physical Review Letters, pourraient affiner les modèles de formation des éléments dans l'univers.
Les éléments lourds tels que l'or et le platine proviennent d'événements cosmiques extrêmes, comme la collision d'étoiles, par le biais du processus de capture rapide de neutrons, connu sous le nom de processus r. Dans cette réaction en chaîne, les noyaux atomiques absorbent rapidement des neutrons, deviennent instables et se désintègrent en formes stables. Les scientifiques peinent depuis longtemps à détailler ces transformations nucléaires, particulièrement pour les isotopes rares et à vie courte très brève durationnnUne équipe de l'Université du Tennessee, incluant les doctorants Peter Dyszel et Jacob Gouge, le professeur Robert Grzywacz, le professeur associé Miguel Madurga et la chercheuse associée Monika Piersa-Silkowska, a comblé cette lacune. Ils se sont appuyés sur l'analyse de données réalisée par le professeur assistant de recherche Zhengyu Xu. Les expériences ont utilisé de grandes quantités de l'isotope rare indium-134, produit et purifié à la CERN's ISOLDE Decay Station.nn« Ces noyaux sont difficiles à produire et nécessitent beaucoup de nouvelles technologies pour être synthétisés en quantités suffisantes », a expliqué Grzywacz. L'indium-134 se désintègre en états excités de l'étain-134, de l'étain-133 et de l'étain-132. Grâce à un détecteur de neutrons spécialisé construit à l'UT et financé par la National Science Foundation, les chercheurs ont obtenu trois percées majeures.nnnPremièrement, ils ont mesuré pour la première fois les énergies des neutrons dans l'émission beta-retardée de deux neutrons pour un noyau du processus r. « L'émission de deux neutrons est la chose la plus importante », a déclaré Grzywacz, soulignant le défi de distinguer un ou deux neutrons en raison de leur comportement. Cela ouvre de nouvelles perspectives pour l'étude des noyaux exotiques.nnnDeuxièmement, ils ont observé un état neutron de particule unique prédit dans l'étain-133, recherché depuis 20 ans. « Les gens le cherchaient depuis 20 ans et nous l'avons trouvé », a affirmé Grzywacz. Cet état agit comme un intermédiaire dans l'émission de deux neutrons, montrant que le noyau conserve un « souvenir » de sa formation, remettant en cause l'idée d'un « noyau amnésique ».nnnTroisièmement, l'équipe a constaté une population non statistique de cet état, déviant des modèles attendus dans des environnements de désintégration plus propres. Grzywacz a comparé les désintégrations typiques à une « soupe de pois cassés », mais a noté que ce cas ne suivait pas ce schéma.nnDyszel, auteur principal de l'étude, originaire de Jacksonville en Floride, a géré une grande partie de la configuration expérimentale et de l'analyse des données. Son travail met en lumière les opportunités pour les jeunes chercheurs en physique nucléaire. Ces découvertes suggèrent que les modèles actuels pourraient nécessiter des mises à jour pour les noyaux exotiques, améliorant les prédictions sur la formation des éléments lourds.
