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Une expérience récente visant à bombarder des atomes spécifiques de plomb avec des particules ultra-rapides a révélé une anomalie inattendue. Contrairement aux prédictions des physiciens de l’université de Surrey, qui s’attendaient à une structure parfaitement sphérique, le noyau de l’isotope plomb-208 présente une forme aplatie.
Une structure nucléaire plus complexe que prévu
Cette découverte remet en question notre compréhension de la structure des noyaux atomiques et pourrait influencer nos connaissances sur la formation des éléments lourds. Il s’agit d’une déformation prolate moyenne au fil du temps, expliquent les scientifiques dans leur étude. Même en tant que pilier de la physique nucléaire, le plomb-208 reste un mystère pour les théories actuelles sur la structure des noyaux.
Le plomb-208 est considéré comme un isotope « doublement magique », un statut rare attribué aux noyaux atomiques qui contiennent un nombre précis de protons ou de neutrons appelé « nombre magique ». Ces particules sont organisées en couches complètes, ce qui confère au noyau une stabilité exceptionnelle. Avec ses 82 protons et 126 neutrons, le plomb-208 est extrêmement stable et constitue l’isotope stable le plus lourd connu.
En raison de sa stabilité, il est considéré comme une référence dans le domaine de la physique nucléaire, aidant à mieux comprendre les propriétés des noyaux doublement magiques. Jusqu’à présent, cette stabilité suggérait que son noyau devait être parfaitement sphérique, mais les résultats de l’étude, publiés dans Physical Review Letters, montrent une réalité bien différente.
Des mesures de haute précision démentent les prévisions
Pour explorer cette structure, les scientifiques ont utilisé le spectromètre à rayons gamma GRETINA du laboratoire national d’Argonne aux États-Unis. Grâce à cet équipement de pointe, ils ont combiné quatre mesures distinctes permettant une analyse précise du noyau. L’expérience consistait à bombarder les noyaux de plomb-208 avec des particules se déplaçant à 10 % de la vitesse de la lumière, soit environ 30 000 km/s.
Cette interaction excitait les états quantiques du noyau, permettant aux chercheurs d’analyser sa structure. Après avoir combiné les résultats des différentes mesures, ils ont constaté une forme légèrement aplatie au lieu d’une sphère parfaite.
« Ce que nous avons découvert nous a stupéfaits. Contrairement à ce que nous supposions, le plomb-208 n’est pas sphérique. Ces résultats viennent directement remettre en question les modèles théoriques existants et ouvrent la voie à de nouvelles recherches », a déclaré M. Henderson, un des auteurs de l’étude.
Un mystère persistant
Cette conclusion est d’autant plus surprenante que cet isotope a été longuement étudié par les physiciens. Pourtant, cette nouvelle observation met en évidence des caractéristiques encore inconnues de sa structure. Mais pourquoi son noyau adopte-t-il cette forme aplatie ? Les chercheurs n’ont pas encore de réponse définitive, mais ils avancent plusieurs hypothèses.
Cette découverte suggère que les noyaux atomiques pourraient être plus complexes que ce que les modèles actuels laissent entendre. Selon le physicien Paul Stevenson de l’université de Surrey, « il est possible que les vibrations du noyau, lorsqu’il est excité pendant les expériences, soient moins régulières que ce que l’on pensait auparavant. Nous affinons actuellement nos modèles théoriques pour vérifier cette hypothèse. »
Les travaux se poursuivent pour explorer ces hypothèses et mieux comprendre les propriétés fondamentales des noyaux atomiques. Par ailleurs, des chercheurs dévoilent le premier ordinateur quantique entièrement programmable à atomes neutres.