L'homme vient de fabriquer un nouvel isotope : le mendélévium-244

Des scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory ont récemment créé un isotope appelé mendélévium-244. Il s’agit de la 17e forme de mendélévium, mis au point dans ces mêmes laboratoires il y a plus de soixante ans, et également de la plus légère.

« Découvrir ce nouvel isotope du mendélévium n’a pas été facile »

Initialement créé en 1955 par les scientifiques du Berkeley Lab, le mendélévium est un élément dont le noyau atomique contient plus ou moins de neutrons (particules non chargées) que les autres formes de composants. Pour créer le mendélévium-244, les chercheurs se sont appuyés sur un cyclotron de 88 pouces, type d’accélérateur de particules optimisant les puissants faisceaux de particules chargées de la cible afin de créer des atomes d’éléments plus lourds. Leurs travaux ont récemment été présentés dans la revue Physical Review Letters.

« Découvrir ce nouvel isotope du mendélévium n’a pas été facile, car tous ses isotopes voisins possèdent des propriétés de désintégration très similaires », explique la scientifique Jennifer Pore, qui a supervisé l’étude. « La désintégration alpha décrit le processus par lequel un élément radioactif comme le mendélévium se décompose en éléments plus légers au fil du temps. »

« Nous avons mesuré les propriétés de 10 atomes de mendélévium-244 pour l’étude », poursuit la chercheuse. « Chaque isotope représente une combinaison unique de protons et de neutrons. Lorsqu’un nouvel isotope est découvert, cette combinaison particulière de protons [particules chargées positivement] et de neutrons n’a jamais été observée. L’étude de ces combinaisons extrêmes est essentielle pour notre compréhension globale de la matière nucléaire. »

Grâce à cette découverte, les scientifiques ont également fourni la première preuve directe d’un processus de désintégration alpha impliquant le berkélium-236, un isotope de l’élément berkélium, lorsqu’il se transforme en américium-232, sensiblement plus léger.

Deux chaines de désintégration distinctes

Il s’est avéré que le mendélévium-244 était constitué de deux chaînes de désintégration distinctes, conduisant chacune à une demi-vie différente : 0,4 seconde et 6 secondes, en fonction des différentes configurations énergétiques des particules dans son noyau. Une demi-vie représentant le temps nécessaire pour que le nombre d’atomes d’un élément radioactif soit réduit de moitié lorsque leur noyau se décompose en d’autres noyaux plus légers.

Cette découverte a été rendue possible grâce à FIONA, cyclotron de 88 pouces permettant aux chercheurs de déterminer le nombre de masse d’un élément, c’est-à-dire la quantité totale de protons (particules chargées positivement) et de neutrons (particules non chargées) dans le noyau d’un atome. Dans ce cas, le nombre de masse du nouvel isotope était de 244.

« Les découvertes d’isotopes sont cycliques et dépendent de nouveaux accélérateurs et de progrès majeurs dans le développement d’équipements expérimentaux. FIONA, du laboratoire de Berkeley, et le Facility for Rare Isotope Beams (FRIB), une installation du ministère américain de l’Énergie en cours de développement, représentent des moyens uniques pour la découverte de nouveaux isotopes aux États-Unis », estime Michael Thoennessen, professeur à l’université d’État du Michigan.

« Afin de nous assurer que les mesures de FIONA étaient exactes, nous avons d’abord mesuré les propriétés de désintégration et les nombres de masse des isotopes connus du mendélévium, comme le mendélévium-247, 246 et 245 », précisent les auteurs de l’étude.

« Une fois convaincus que nous connaissions bien les propriétés de ces isotopes légers du mendélévium, nous avons tenté l’expérience pour découvrir l’isotope de mendélévium-244, qui n’avait pas encore été observé. Sans la confirmation directe que nous avions produit un isotope ayant un nombre de masse de 244, il aurait été difficile de démêler les résultats et de prouver cette découverte. »

Par Yann Contegat, le 29 juin 2020