La superradiance se produit lorsqu’un noyau atomique atteint une énergie d’excitation élevée.
Les noyaux miroirs, tels que l’oxygène-18 et le néon-18, ont le même nombre de protons et de neutrons (18), mais alors que l’oxygène-18 a 8 protons et 10 neutrons, le néon-18 a 10 protons et 8 neutrons. Lorsqu’ils absorbent suffisamment d’énergie, ils peuvent se désintégrer et émettre une particule alpha (2 protons et 2 neutrons). Crédit image : M. Barbui.
Les physiciens nucléaires qualifient les noyaux atomiques de systèmes quantiques à plusieurs corps, car ils sont formés de nombreuses particules qui interagissent les unes avec les autres de manière complexe.
Les noyaux peuvent absorber de l’énergie, les plaçant dans des états excités. Ces états perdent alors de l’énergie par désintégration et peuvent émettre différentes particules.
Les divers processus de désintégration et d’émission de particules sont appelés canaux de désintégration.
L’interaction entre les caractéristiques internes des états excités et les différents canaux de désintégration donne lieu à des phénomènes intéressants.
L’un de ces phénomènes est la superradiance, qui se produit lorsqu’un noyau atteint une énergie d’excitation élevée.
“Les résonances dans les systèmes quantiques instables sont des états rayonnants qui, malgré la normalisation globale en décomposition, ont une structure bien définie qui est équilibrée par le rayonnement sortant”, a déclaré le Dr Alexander Volya, physicien au Cyclotron Institute de la Texas A&M University et de la Florida State University. et ses collègues.
“Une telle interaction entre l’onde sortante et la dynamique quantique interne à plusieurs corps conduit à plusieurs effets uniques.”
“L’un d’entre eux est connu sous le nom de superradiance, ou alignement, où, en raison de la désintégration ou du couplage virtuel au continuum, les états subissent une restructuration afin que leurs fonctions d’onde s’alignent vers les canaux de désintégration, facilitant ainsi la désintégration.”
“Cet effet est bien compris théoriquement et est étroitement lié aux propriétés fondamentales de la physique des réactions.”
“L’observation directe de la superradiance dans les systèmes quantiques ouverts à plusieurs corps est difficile car il est difficile de trouver des systèmes quantiques complexes identiques qui ne diffèrent que par leur couplage au continuum d’états de réaction décrivant la désintégration.”
Pour trouver des preuves de superradiance dans les noyaux, les physiciens nucléaires recherchent deux systèmes qui ont la même structure interne mais des canaux de désintégration différents.
Les noyaux miroirs ont le même nombre total de protons et de neutrons, mais le nombre de protons dans l’un est égal au nombre de neutrons dans l’autre.
La structure interne des noyaux miroirs est la même puisque la force nucléaire est la même que ce soit entre deux protons, deux neutrons, ou un proton et un neutron. Cela rend la charge de force nucléaire indépendante.
Cependant, les canaux de désintégration sont différents en raison de la répulsion de charge électrique différente dans les deux systèmes en raison de la différence du nombre de protons de chaque système.
Dans la nouvelle recherche, le Dr Volya et ses co-auteurs ont trouvé des preuves de l’effet de superradiance dans les différences entre les états de décomposition alpha dans l’oxygène-18 et le néon-18.
Ils ont étudié la structure du néon-18 en diffusant un faisceau radioactif instable d’oxygène-14 sur une épaisse cible de gaz d’hélium-4.
La cible de gaz a permis aux auteurs de mesurer les trajectoires des particules entrantes et sortantes et de produire une reconstruction complète des événements nucléaires.
Comme attendu de l’indépendance de la charge de la force nucléaire, les chercheurs ont trouvé une correspondance entre les états miroirs dans les deux noyaux, bien que certaines différences soient apparues lors de la comparaison de la force des états miroirs.
Si la structure interne des noyaux est la même, on s’attendrait à ce que les niveaux de miroir aient la même force, mais dans ces cas, l’alignement avec des canaux de désintégration légèrement différents produit des différences observées.
“Nous avons interprété ces différences comme une preuve de l’effet de superradiance”, ont déclaré les physiciens.
Leurs résultats apparaissent dans deux articles (article #1 et article #2) dans la revue Examen physique C et la revue Physique des communications.
