Des physiciens utilisant le dispositif FIONA (For the Identification Of Nuclide A) du cyclotron de 88 pouces du Lawrence Berkeley National Laboratory du Département de l’énergie ont effectué les premières mesures directes des nombres de masse des noyaux de nihonium (Nh, élément 113) et de moscovium (Mc, élément 115).
A gauche : moyenne des propriétés de désintégration connues attribuées à 288Mc et ses filles. A droite : détails des chaînes de désintégration détectées au niveau du plan focal de FIONA. Les désintégrations non observées dans chaque chaîne de désintégration sont indiquées comme “non observées” et sont supposées avoir été émises par l’extrémité ouverte du réseau de détecteurs. La position x des désintégrations observées dans le détecteur du plan focal est également indiquée. Crédit image : Gates et al, doi : 10.1103/PhysRevLett.121.222501.
“Le nombre de masse et le numéro atomique (ou ‘Z’) – une mesure du nombre total de protons dans le noyau d’un atome – des éléments superlourds dépendaient de la précision des modèles de masse nucléaire “, a déclaré le Dr Ken Gregorich, un scientifique senior récemment retraité de la division des sciences nucléaires du Berkeley Lab.
“Il est donc important d’avoir un moyen fiable de mesurer ces chiffres avec des expériences au cas où il y aurait un problème avec les modèles”.
“Par exemple, les éléments superlourds pourraient éventuellement présenter des formes nucléaires inattendues ou des densités de protons et de neutrons qui ne sont pas prises en compte dans les modèles.”
Pour produire du moscovium, les scientifiques du Berkeley Lab au Cyclotron 88 pouces ont bombardé une cible composée d’américium avec un faisceau de particules produit à partir de l’isotope rare calcium-48.
Il existe une signature distincte de bouclage pour chaque atome piégé et mesuré par FIONA – un peu comme si l’on observait un point fixe sur un pneu de bicyclette alors que la bicyclette roule en avant. La trajectoire de ce comportement en boucle est liée au “rapport masse/charge” atomique – le moment et la position du signal énergétique mesuré dans le détecteur indiquent aux physiciens le numéro de masse.
Idéalement, la mesure comprend plusieurs étapes de la chaîne de désintégration de la particule : le moscovium a une demi-vie d’environ 160 millisecondes, ce qui signifie qu’un atome a 50 % de chances de se désintégrer en un autre élément appelé “élément fille” dans la chaîne de désintégration toutes les 160 millisecondes.
La capture de sa signature énergétique à plusieurs étapes de cette chaîne de désintégration peut confirmer quel atome parent a commencé cette cascade.
“Nous essayons d’établir le nombre de masse et le nombre de protons depuis de nombreuses années maintenant”, a déclaré le Dr Paul Fallon, un scientifique senior de la division des sciences nucléaires du Berkeley Lab.
“La sensibilité des détecteurs s’est constamment améliorée, tout comme la capacité d’isoler les atomes individuels des autres bruits. Maintenant, nous avons nos premières mesures définitives”.
Lors du premier passage scientifique de FIONA, les chercheurs ont identifié un atome de moscovium et ses descendants connexes, ainsi qu’un atome de nihonium et ses descendants.
Les mesures des atomes et des chaînes de désintégration confirment les nombres de masse prédits pour les deux éléments.
Alors que les physiciens cherchaient uniquement à créer et à mesurer les propriétés d’un atome de moscovium, ils ont également pu confirmer une mesure pour le nihonium après qu’un atome de moscovium se soit désintégré en nihonium avant d’atteindre FIONA.
“Le succès de cette première mesure est incroyablement excitant”, a déclaré le Dr Jennifer Pore, boursière postdoctorale au Berkeley Lab.
“Les capacités uniques de FIONA ont déclenché une nouvelle renaissance de la recherche sur les éléments super lourds au Cyclotron 88 pouces.”
Les résultats ont été publiés dans la revue Physical Review Letters.
