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L’illustration montre un noyau d’aluminium-26 (vert) échappant à une explosion de supernova. Il se désintégrera par la suite via l’émission de rayons gamma qui peut être observée par des satellites. Crédit : Erin O’Donnell, FRIB
La science
L’aluminium-26 a un état quantique de longue durée qui est difficile à étudier dans un environnement de laboratoire contrôlé. Un état quantique est une description de tous les arrangements potentiels des composants dans un atome ou autre système. Les scientifiques utilisent plutôt des interactions faisceau d’ions-cible pour créer un environnement qui ajoute un neutron à l’isotope radioactif Silicon-26 pour étudier les états quantiques excités dans Silicon-27. Ce sont les mêmes états qui sont peuplés dans la capture de protons sur l’état quantique à longue durée de vie encombrant de l’aluminium-26. Cette approche est possible grâce à la symétrie remarquable entre les protons et les neutrons. Cette symétrie signifie qu’ajouter un proton à l’état à longue durée de vie de l’aluminium-26 équivaut à ajouter un neutron à l’état fondamental du silicium-26.
L’impact
L’aluminium-26 fournit un aperçu rare des processus dans les étoiles. Il se désintègre en Magnésium-26, qui émet un rayon gamma caractéristique observable avec des satellites. Le magnésium-26 est détectable dans les grains présolaires de matière provenant d’étoiles qui existaient avant notre Soleil. La composition de ces grains porte les empreintes digitales de leurs étoiles mères. Le taux de destruction de l’Aluminium-26 par capture d’un proton est essentiel pour interpréter la quantité de Magnésium-26 observée dans l’Univers. Ces recherches ont montré que la destruction de l’Aluminium-26 par capture de protons à l’état à longue durée de vie est huit fois moins fréquente qu’estimée précédemment. Cette constatation souligne la nécessité de plus d’études.
Sommaire
L’aluminium radioactif-26 permet aux scientifiques d’entrevoir le cœur des étoiles mourantes. Son isotope fille, le magnésium-26, a été observé dans l’espace et dans les grains présolaires, dont le contenu reflète la composition de l’étoile mère.
La vitesse à laquelle l’aluminium-26 est détruit par la capture de protons avant qu’il ne puisse se désintégrer est essentielle pour comprendre la quantité de magnésium-26 trouvée dans l’univers. Cependant, l’aluminium-26 a un état quantique de longue durée qui peut être excité dans des environnements stellaires mais moins en laboratoire. La capture de protons sur cet état doit également être mesurée.
Des scientifiques du Royaume-Uni et des États-Unis ont utilisé des expériences de faisceau-cible au National Superconducting Cyclotron Laboratory de la Michigan State University. Les chercheurs ont utilisé un neutron ajouté à l’isotope radioactif Silicon-26 pour étudier les états quantiques excités dans le silicium-27 qui sont les mêmes états que ceux qui sont peuplés dans la capture de protons de l’aluminium-26. Cela a été possible parce que les protons et les neutrons sont soumis à une symétrie remarquable, ce qui rend l’ajout d’un proton à l’état à longue durée de vie dans l’aluminium-26 équivalent à l’ajout d’un neutron à l’état fondamental du silicium-26.
Les résultats montrent que la destruction de l’aluminium-26 par l’état de longue durée de vie est huit fois moins fréquente qu’estimée précédemment.
Pour en savoir plus sur cette recherche :
Référence : « Exploiting Isospin Symmetry to Study the Role of Isomers in Stellar Environments » par S. Hallam, G. Lotay, A. Gade, DT Doherty, J. Belarge, PC Bender, BA Brown, J. Browne, WN Catford, B Elman, A. Estradé, MR Hall, B. Longfellow, E. Lunderberg, F. Montes, M. Moukaddam, P. O’Malley, W.-J. Ong, H. Schatz, D. Seweryniak, K. Schmidt, NK Timofeyuk, D. Weisshaar et RGT Zegers, 29 janvier 2021, Lettres d’examen physique.
DOI : 10.1103/PhysRevLett.126.042701
Financement : Cette recherche a été financée par le ministère de l’Énergie (DOE) Office of Science, Office of Nuclear Physics; la Fondation nationale des sciences ; l’Administration nationale de la sécurité nucléaire du DOE par l’intermédiaire du Consortium pour la science et la sécurité nucléaires et le Conseil des installations scientifiques et technologiques (STFC) du Royaume-Uni.
