Louis Lalanne, lauréat d’une bourse ERC Starting Grant : « L’étude du rayon de charge est une sonde prometteuse pour mieux comprendre le noyau atomique »

À peine un an après son arrivée à IJCLab, Louis Lalanne rejoint le club très sélect des heureux lauréats et lauréates d’une bourse ERC Starting Grant. Il faut dire qu’avec son projet UNION, le jeune chercheur en physique nucléaire, n’ambitionne rien moins que d’éclairer notre compréhension fine des phénomènes qui concourent à la cohésion des nucléons dans le noyau atomique. Plus exactement, il va s’attaquer à la relation qui existe entre le nombre de protons et de neutrons d’un noyau (ses nucléons) et sa taille, une grandeur appelée « rayon de charge » en physique nucléaire. Là où la logique voudrait que l’ajout de nouveaux nucléons élargisse ce rayon de manière continue, les expériences de physique nucléaire montrent qu’il n’en est rien : certaines configurations de nucléons provoquent par exemple une contraction inattendue de ce rayon sans que l’on en comprenne bien les ressorts. À l’inverse, dans d’autres circonstances, des nucléons semblent occuper un volume beaucoup plus grand qu’attendu.

Bref, le flou règne, mais Louis Lalanne a bon espoir d’apporter des réponses décisives à l’issue de son projet. Il compte pour cela mettre en œuvre au GANIL une toute nouvelle technique très puissante qu’il a apprise au CERN et qu’il propose d’adapter à la mesure du rayon de charge dans le cadre du projet UNION. En effet, au cours de ses activités de recherche auprès de l’installation ISOLDE du CERN, Louis Lalanne s’est familiarisé avec une méthode de spectroscopie laser permettant de mesurer avec une très grande précision les propriétés d’atomes radioactifs produits en quantités extrêmement faibles. Il s’agit de la technique CRIS (Collinear Resonance Ionization Spectroscopy), une technique encore balbutiante, que les scientifiques du grand centre européen commencent tout juste à mettre en œuvre. Son principe repose sur l’utilisation combinée de plusieurs lasers pour ioniser les atomes radioactifs et mesurer leurs états électroniques avec une extrême précision, permettant d’accéder à des informations sur leurs structure hyperfine, et leurs rayons de charge. 

« Au long de mon séjour au CERN, une idée a fait son chemin dans ma tête, raconte Louis Lalanne. La spectroscopie CRIS, dans les bonnes conditions, pourrait être mise au service de l’étude des rayons de charge pour résoudre l’énigme de leur irrégularité. Mais un tel projet nécessiterait le développement d’une nouvelle ligne de faisceau et d’un système de lasers dédié afin de mesurer des isotopes radioactifs spécifiques dans les meilleurs conditions, ce qui était impossible à ISOLDE. Il me fallait pour cela un centre de physique nucléaire capable de fournir une grande variété d’isotopes dans des conditions optimales. J’ai tout de suite pensé au GANIL ». 

Pendant des mois, il imagine la forme que prendrait une telle installation et son insertion au milieu de l’environnement expérimental touffu du centre caennais. Tous les voyants sont au vert, à ceci près : l’addition sera salée, d’où la candidature à l’ERC. « Comme tous les scientifiques dans mon cas, je m’attendais à devoir postuler une, deux, trois, voire quatre fois avant d’espérer enfin décrocher le financement européen qui représentait ma seule chance de voir mon projet aboutir. Je ne reviens toujours pas de la chance que j’ai eue ». 

Et pour cause. Dès sa première tentative le jeune chercheur d’IJCLab décroche le gros lot. Une bourse qui financera à la fois la mise en place des installations techniques au GANIL et le recrutement de doctorants et post-doctorants pour l’assister dans ce projet. « C’est une bonne nouvelle pour moi et ma future équipe, mais aussi pour le GANIL, qui va bénéficier d’une nouvelle ligne de faisceau assortie d’un spectromètre CRIS et ainsi ouvrir la voie à l’étude d’une facette encore inexplorée du noyau », se réjouit Louis Lalanne. 

Parmi les phénomènes que le projet UNION va étudier de près, il y a celui des « kinks ». Les « kinks » sont des contractions brutales du rayon de charge que l’on observe chez certains isotopes. Ils ont longtemps été associés aux « nombres magiques », des nombres de protons ou de neutrons correspondant à des configurations particulièrement stables du noyau et qui auraient pour effet de contracter le noyau. « Mais des recherches plus récentes nous indiquent que cette interprétation pourrait être trop simple. Certains noyaux « magiques » semblent en effet échapper à cette règle du « kink ». Le phénomène pourrait donc ne pas être directement lié à la stabilité particulière des noyaux, mais à des propriétés plus fondamentales des orbitales nucléaires », explique Louis Lalanne. 

 « Jusqu’à présent, ajoute Louis Lalanne, je formulais des projets, je restais dans le monde des idées. La nouvelle de l’obtention de l’ERC me met soudainement face à la perspective de la mise en œuvre concrète – c’est un petit coup de pression ! Mais avec l’assurance d’avoir les moyens nécessaires, j’ai maintenant hâte d’aborder cette prochaine étape ».