Les physiciens du CERN mesurent les rayons de charge des noyaux de nickel “magiques”.

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Une combinaison unique de données expérimentales provenant de l’installation ISOLDE (Isotope mass Separator On-Line) du CERN et de modèles de pointe a permis d’obtenir un excellent accord entre l’expérience et la théorie.

Spectre fréquence-temps de (a) une résonance de 65Ni, (b) la structure temporelle de la grappe d'ions, et (c) le spectre de résonance par spectroscopie laser ; (d) une résonance de 70Ni. Crédit image : Malbrunot-Ettenauer et al, doi : 10.1103/PhysRevLett.128.022502.

Spectre fréquence-temps de (a) a 65Ni, (b) la structure temporelle de la grappe d’ions, et (c) le spectre de résonance spectroscopique laser ; (d) une résonance de 70Ni. Crédit image : Malbrunot-Ettenauer et al., doi : 10.1103/PhysRevLett.128.022502.

” Le noyau atomique est une noix difficile à casser “, ont déclaré le physicien du CERN, Stephan Malbrunot, et ses collègues.

“L’interaction forte entre les protons et les neutrons qui le composent dépend de nombreuses quantités, et ces particules, collectivement appelées nucléons, sont soumises non seulement à des forces à deux corps, mais aussi à des forces à trois corps.”

“Ces caractéristiques, ainsi que d’autres, font de la modélisation théorique des noyaux atomiques une entreprise difficile.”

“Au cours des dernières décennies, cependant, ab initio Les calculs théoriques ab initio, qui tentent de décrire les noyaux à partir des premiers principes, ont commencé à changer notre compréhension des noyaux”, ont-ils ajouté.

“Ces calculs nécessitent moins d’hypothèses que les modèles nucléaires traditionnels, et ils ont un pouvoir prédictif plus fort.”

“Cela dit, comme jusqu’à présent ils ne peuvent être utilisés que pour prédire les propriétés des noyaux jusqu’à une certaine masse atomique, ils ne peuvent pas toujours être comparés aux calculs dits DFT, qui sont également fondamentaux et puissants et existent depuis plus longtemps.”

“Une telle comparaison est essentielle pour construire un modèle nucléaire applicable à tous les niveaux.”

En utilisant une série de méthodes expérimentales à l’installation ISOLDE, y compris une technique de détection de la lumière émise par les atomes à courte durée de vie lorsqu’on les éclaire au laser, le Dr Malbrunot et ses co-auteurs ont déterminé les rayons de charge d’une gamme de noyaux de nickel à courte durée de vie, qui ont le même nombre de protons, 28, mais un nombre différent de neutrons.

Ces 28 protons remplissent une coquille complète à l’intérieur du noyau, ce qui donne des noyaux qui sont plus fortement liés et plus stables que leurs voisins nucléaires.

De tels noyaux “magiques” sont d’excellents tests pour les théories nucléaires, et en termes de rayon, les noyaux de nickel sont les derniers noyaux magiques inexplorés qui ont une masse dans la région de masse à laquelle à la fois les noyaux de nickel et de nickel sont liés. ab initio et DFT peuvent être effectués.

En comparant les données d’ISOLDE avec trois ab initio et un calcul DFT, les physiciens ont constaté que les calculs concordent avec les données, ainsi qu’entre eux, avec une incertitude théorique d’une partie sur cent.

“Un accord à ce niveau de précision démontre qu’il sera possible de construire un modèle applicable à l’ensemble de la carte des noyaux”, a déclaré le Dr Malbrunot.

Les résultats sont publiés dans la revue Physical Review Letters.

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