Image représentant le nouvel isotope — © S. M. Wang / Fudan University and Facility for Rare Isotope Beams

Grâce à un protocole expérimental minutieux, des chercheurs de l’université d’État du Michigan sont parvenus à obtenir du magnésium-18, qui s’avère être l’isotope le plus léger à ce jour du douzième élément chimique du tableau périodique.

Des collisions à très haute vitesse

La Terre regorge de magnésium naturel, initialement forgé dans les étoiles, qui est depuis devenu un composant clé des minéraux de la croûte terrestre et de notre alimentation. Si cet élément chimique s’avère stable (son noyau ne se désintègre pas), ce n’est pas le cas du magnésium-18, trop précaire pour être présent dans la nature. Le noyau des atomes de magnésium renferme 12 protons, et jusqu’à présent, leur version la plus légère possédait 7 neutrons, soit un total de 19 particules subatomiques, d’où sa désignation de magnésium-19.

Pour fabriquer du magnésium-18, plus léger d’un neutron, les chercheurs américains sont partis d’un isotope stable du magnésium, le magnésium-24. Ils ont dans un premier temps utilisé le cyclotron du National Superconducting Cyclotron Laboratory afin d’accélérer un faisceau de noyaux de magnésium-24 à environ la moitié de la vitesse de la lumière, qui a ensuite été projeté sur une feuille de béryllium.

« Cette collision nous donne un tas d’isotopes différents, plus légers que le magnésium-24 », explique Kyle Brown, auteur principal de l’étude, publiée dans la revue Physical Review Letters. « Mais dans cette soupe, nous pouvons sélectionner l’isotope que nous voulons. »

— © S. M. Wang / Fudan University and Facility for Rare Isotope Beams

Une durée de vie infime

Dans ce cas, cet isotope était le magnésium-20, se désintégrant généralement en quelques dixièmes de seconde. L’équipe s’est donc affairée pour projeter ce magnésium-20 sur une autre cible de béryllium située à une distance d’environ 30 mètres. Cette seconde collision leur a permis d’obtenir le fameux magnésium-18, dont la durée de vie est de l’ordre du sextillionième de seconde.

Un délai aussi réduit ne permet pas au magnésium-18 de se couvrir d’électrons pour devenir un atome à part entière avant de se désintégrer, qui n’existe que sous la forme d’un noyau nu et ne quitte jamais la cible de béryllium (le nouvel isotope se désintègre à l’intérieur de cette dernière). Ne pouvant examiner directement l’isotope, les scientifiques sont toutefois en mesure de déceler les signes révélateurs de sa désintégration.

Celui-ci éjecte d’abord deux protons de son noyau pour devenir du néon-16, puis deux autres pour devenir de l’oxygène-14. En analysant les protons et l’oxygène s’échappant de la cible, l’équipe a ainsi pu déduire les propriétés du magnésium-18.

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