La déformation très prononcée du noyau de Molybdène 84 révèle un phénomène nucléaire inédit
Une analyse théorique menée à l’IPHC à partir de données expérimentales obtenues à l’Université d’Etat du Michigan apporte un nouvel éclairage sur les « îlots d’inversion », ces zones de la carte des nucléides dans lesquelles les noyaux atomiques changent brutalement de forme avec l’ajout de nucléons supplémentaires. Si ces îlots avaient jusqu’à présent été observés uniquement chez des noyaux présentant un nombre élevé de neutrons, l’étude de deux isotopes du molybdène a montré qu’un nouvel îlot pouvait également se former sous l’effet conjoint de neutrons et de protons. Ce résultat ouvre de nouvelles perspectives sur la compréhension des noyaux loin de la vallée de stabilité.
La carte des nucléides, qui décrit l’ensemble des noyaux atomiques connus, des plus stables aux plus exotiques, comporte des anomalies dans ses régularités : hors de la « vallée de la stabilité », qui regroupe l’ensemble des noyaux non radioactifs constituant l’essentiel de la matière qui nous entoure, peuvent apparaître les « îlots d’inversion », des zones où les nucléons franchissent des barrières énergétiques et s’organisent de manière inattendue, donnant des noyaux très déformés. Ces régions particulières de la carte sont étudiées en détail car elles pourraient éclaircir les mystères de la synthèse de noyaux atomiques au cœur des étoiles, mais aussi car les physiciens nucléaires voient dans leur étude un moyen de tester leurs modèles théoriques. Jusqu’à présent, ces îlots avaient été observés surtout dans des noyaux riches en neutrons. Mais de récents travaux sur des isotopes du molybdène ont révélé pour la première fois un îlot d’inversion symétrique, où protons et neutrons agissent ensemble de façon équivalente.
Publiée dans « Nature Communications », l’étude menée par une collaboration internationale à partir de données obtenues à l’Université d’Etat du Michigan a mis en évidence un changement brutal de structure dans deux noyaux très rares du molybdène : le ⁸⁴Mo, avec autant de protons que de neutrons, et le ⁸⁶Mo, qui possède seulement deux neutrons de plus. En mesurant avec une extrême précision la durée de vie d’un état excité de ces noyaux (une sorte de vibration interne), les chercheurs ont découvert quelque chose d’inattendu : le ⁸⁴Mo est fortement déformé, loin d’une forme sphérique classique. Le ⁸⁶Mo, en revanche, est beaucoup moins déformé, alors que la différence entre les deux noyaux n’est que de deux neutrons. Cette transition est abrupte, comme si le noyau changeait soudain de régime physique.
En intégrant ces nouvelles observations au modèle théorique qu’ils développent à l’IPHC, les théoriciens nucléaires Duy Duc Dao et Frédéric Nowacki, ont mis en évidence pour la première fois un îlot d’inversion symétrique, où protons et neutrons agissent ensemble de façon équivalente. On peut ainsi parler d’un « îlot d’inversion isospin-symétrique ». Le ⁸⁴Mo se trouve à l’intérieur de cet îlot, tandis que le ⁸⁶Mo marque sa frontière.
Cette découverte apporte une meilleure compréhension des forces fondamentales qui lient protons et neutrons, mais aussi des forces à trois particules (impliquant simultanément trois nucléons), longtemps difficiles à observer directement. Ceci constitue un test crucial pour les modèles théoriques modernes du noyau atomique, et la structure des noyaux exotiques les plus instables.