Profession

CNRS

Étudier le cuivre pour mieux comprendre le nickel

| 17 janvier 2018 |

(c) CNRS.
Une découverte concernant le nickel-78 a été possible en étudiant le cuivre-79.

Deux nouvelles études menées par des équipes internationales où sont impliqués l’Institut de physique nucléaire d'Orsay (IPNO, CNRS/Université Paris-Sud), le Centre de sciences nucléaires et de sciences de la matière (CSNSM, CNRS/Université Paris-Sud) et l’Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (IPHC, CNRS/Université de Strasbourg), indiquent que le nickel-78 est probablement un noyau doublement magique. Cette découverte éclaire notre connaissance de la structure de ce noyau très riche en neutrons intervenant notamment dans la nucléosynthèse stellaire.

 

Les noyaux doublement magiques1 ont une stabilité accrue grâce aux couches énergétiques remplies. Ces noyaux particuliers sont des points de repère dans le modèle en couches de la structure nucléaire. Parmi eux, le nickel-78 est l'un des plus riches en neutrons connu à ce jour. Mais compte tenu de sa richesse en neutrons (50 par rapport aux 28 protons), les physiciens s'attendaient à ce que sa structure diffère de celle de ses cousins eux aussi magiques mais proche de la stabilité (le nickel stable le plus proche contient entre 14 et 20 neutrons de moins).

Cette différence soulève une des plus grandes questions de la physique nucléaire aujourd’hui : les propriétés des noyaux magiques s’appliquent-elles à des noyaux aussi exotiques ? Une interrogation d’autant plus légitime, puisqu’il a été montré que pour certains noyaux plus légers, comme le magnesium-32 (12 protons et 20 neutrons) ou encore le silicium-42 (14 protons et 28 neutrons), les nombres magiques de neutrons ne permettent pas de préserver leurs formes sphériques.

Une étude indirecte du nickel-78 via le cuivre-79, avec un proton de plus

Pour répondre à cette question, deux approches, remarquables pour leur complémentarité, ont été utilisées : une avec les ions ralentis et l’autre avec un faisceau relativiste.

Une équipe internationale à laquelle participe le CSNSM a mesuré avec une très grande précision la masse du noyau du cuivre-79, avec le spectromètre Isoltrap installé au Cern. Tandis qu’une autre équipe internationale dont l’IPNO fait partie a réalisé le premier spectre d’excitation du cuivre-79 à l’aide d’une réaction knock-out avec protons au RIKEN, au Japon.

Afin d’interpréter les résultats de ces deux mesures, des calculs théoriques ont été développés à la fois en France à Strasbourg et à l’Université de Tokyo. Une collaboration entre l’IPHC et l’université de Madrid a permis de révéler la structure "duale" du nickel-78 comme à la fois doublement magique mais avec des modes d’excitations faciles (proches en énergie). L’étude théorique menée par l'université de Tokyo s’est appuyée sur le modèle en couches "Monte-Carlo" effectué sur le super-ordinateur K2 au RIKEN. Il ressort de cette étude que le noyau du 79-Cu peut être interprété d'une façon simple comme un seul proton de valence autour d'un cœur bien doublement magique de nickel-78 – en accord avec les résultats obtenus à Strasbourg.

Même si le nickel-78 n’est pas tout à fait sphérique, comme les autres noyaux doublement magiques, sa déformation reste très faible. Il semblerait que l’interaction tensorielle, qui dicte le comportement des noyaux plus légers, cède à l’interaction spin-orbite3 pour les noyaux de masse intermédiaire.

Ces deux méthodes d’études indirectes fournissent des indices que le nickel-78 garderait ses propriétés de noyau doublement magique. Ce résultat renforce notre connaissance des noyaux riches en neutrons situés sur les chemins des processus de nucléosynthèse stellaire.

 

 

Notes

1) Dans les années 1940, les physiciens et les physiciennes nucléaires constatent que les noyaux ayant un nombre de protons ou de neutrons égal à 2, 8, 20, 28, 50, 82 et 126 ont une énergie de liaison plus grande que celle de leurs voisins les plus proches. Autrement dit, ils sont beaucoup plus stables que tous les autres. De tels noyaux ont alors été appelés "noyau magique". Mais lorsque les nombres de neutrons et de protons correspondent aux chiffres cités plus haut, le noyau est dit "doublement magique" et sa stabilité est accrue.

2) Le K computer produit par Fujitsu au RIKEN, est un puissant superordinateur pouvant atteindre 10,51 pétaFLOPS.

3) L'interaction spin-orbite, qualifie toute interaction entre le spin d'une particule et son mouvement. En physique nucléaire elle est responsable des grandes caractéristiques du modèle en couches, en particulier les nombres magiques.



PARTAGER

imprimer partager par mail

Informations

Newsletter

2 fois par mois, recevez toute l'info de votre secteur : actualités, nouveaux services et produits, événements…

Je m'inscris

Archives

Dossiers de la rédaction
  • TREMPE
    7 janvier 2017
    La trempe par induction comme alternative à la cémentation, la trempe gazeuse comme réponse aux exigences environnementales et la drasticité comme indicateur qualité constituent les trois sujets de ce dossier.
  • 1 janvier 2016
    Les progrès réalisés dans les techniques d’élaboration, de refusion et de transformation à chaud ou encore dans les moyens d’usinage ont impulsé les évolutions des aciers pour moules et outils.
  • 1 décembre 2015
  • Progrès
    19 novembre 2015
    Ces dix derniers mois ont été riches en faits marquants dans le domaine des matériaux. Pour preuve la création d’une matériauthèque, d’un laboratoire virtuel pour les évaluer, une nouvelle formation d'ingénieurs à Toulouse, une plateforme de recherche dédiée, une ...
  • 1 octobre 2015
    Si « l’art est partout » comme le dit Ben, l’artiste niçois, il est des domaines où il est, quandmême, plus présent. Celui de la projection thermique est l’un d’entre eux comme s’efforcede le montrer cet article.

Produits et Services

Sélections thématiques

  • 13 juin 2017

    Zoom sur les nouveautés SVTM 2017

    Parmi les 130 exposants, voici un aperçu des produits et services présentés sur l'édition 2017 du SVTM.

  • 7 décembre 2012 Sélection 2012 des produits de la rédaction

    Finitions, appareils de mesure, traitements plasma, solutions d’essai, tribofinition, autant de solutions découvertes dans nos colonnes cette année. Sélection de douze produits qui ont particulièrement suscité notre intérêt en 2012.