À l’aide d’un nouveau séparateur de masse d’isotopes radioactifs, appelé KEK Isotope Separation System (KISS), qui est mis au point et exploité par le Wako Nuclear Science Centre de la High Energy Accelerator Research Organization au Japon, une équipe internationale de physiciens expérimentaux a produit les premiers faisceaux purifiés au monde d’ions de tantale-187 (187Ta) – un développement qui pourrait maintenant permettre des expériences en laboratoire sur les étoiles explosives.
Plan schématique du système de séparation des isotopes de KEK. Crédit image : Wako Nuclear Science Centre, High Energy Accelerator Research Organization.
Le tantale, élément chimique de symbole Ta et de numéro atomique 73, est un métal de transition rare, dur, bleu-gris, lustré et très résistant à la corrosion.
Le tantale naturel se compose de deux isotopes stables : 181Ta et 180mTa. Il existe également 35 radio-isotopes artificiels connus, dont le plus long est le suivant 179Ta avec une demi-vie de 1,82 ans. 187Ta a une demi-vie d’environ 2 minutes.
Le tantale est extrêmement difficile à vaporiser. Le professeur Philip Walker, de l’université de Surrey, et ses collègues ont donc dû capturer des atomes de tantale radioactifs dans de l’argon à haute pression, puis ioniser les atomes à l’aide de lasers accordés avec précision.
Un seul isotope de tantale radioactif a alors pu être sélectionné pour une étude détaillée.
Dans l’étude, le professeur Walker et ses co-auteurs ont découvert que lorsqu’il est produit dans un état métastable, le noyau de 187Ta tournait fugitivement de manière irrégulière.
Ils ont découvert que 187L'” empreinte ” gamma de Ta était caractéristique d’une forme allongée (football américain) mais simultanément avec un soupçon de forme oblate (crêpe).
Ils pensent que leurs résultats laissent entrevoir la possibilité d’un changement de forme plus spectaculaire du tantale vers une rotation oblate complète, qu’ils ont l’intention d’explorer en détail dans des expériences futures.
“La théorie suggère que seulement deux neutrons supplémentaires pourraient faire basculer la forme du tantale. 187Ta de prolate à oblate, donc 189Ta est un objectif pour une investigation future”, a déclaré le professeur Walker.
“Cependant, il semble maintenant qu’il y ait une réelle possibilité d’aller plus loin et d’atteindre des zones inexplorées”. 199Ta, avec 126 neutrons, pour tester le mécanisme de l’étoile qui explose.”
“Notre KISS est une installation unique qui peut fournir des noyaux lourds inexplorés, tels que 187Ta, 189Ta, et 199Ta, pour l’étude des structures nucléaires exotiques”, a déclaré le coauteur, le Dr Yoshikazu Hirayama, chercheur au Centre des sciences nucléaires de Wako de l’Organisation de recherche sur les accélérateurs de haute énergie du Japon.
“Nous avons commencé à approfondir le mécanisme de la synthèse des éléments dans l’univers grâce aux études nucléaires de KISS.”
Les résultats de l’équipe sont rapportés dans le journal. Physical Review Letters.
