SCIENCES.ENERGIES.ENVIRONNEMENT/LE MONDE SELON LA PHYSIQUE/2020 SEMAINE 13 P1

Restons stoïques  dans   les circonstances  présentes  et continuons à vous présenter les traductions des dernières communications scientifiques  reçues aujourd’hui de mes  correspondants américains . Contrairement aux écrits  des modérateurs  des 2  groupes que je viens d’abandonner   sur Facebook   (« Astrophysique, Astronomie, Physique Quantique, LHC   et aussi Astronomie-physique quantique-exploration spatiale) mes fournisseurs   Phys.org/SCIENCE X s sont des « Science, research and technology news aggregator »   et leurs articles  issus des universités ou des centres de recherche  paraissent sur arXiv /HAL ou sur des revues avec critiques ….Je veux   donc  bien  parier  que leur niveau universitaire   es au moins égal ou supérieur a celui  des petits pinailleurs de  de FACEBOOK !!!

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 Physicists weigh in on the origin of heavy elements

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Les physiciens se penchent sur l'origine des éléments lourds

par Savannah Mitchem, Argonne National Laboratory

Un coup d'œil à l'intérieur du spectromètre solénoïde ISOLDE du CERN. Crédit: Argonne National Laboratory

Un mystère de longue date dans le domaine de la physique nucléaire est la raison pour laquelle l'univers est composé des matériaux spécifiques que nous voyons autour de nous. En d'autres termes, pourquoi est-il fait de "ce" truc et pas d'autres trucs? »

Les processus physiques responsables de la production d'éléments lourds - comme l'or, le platine et l'uranium - qui se produiraient lors de fusions d'étoiles à neutrons et d'événements explosifs stellaires sont particulièrement intéressants.

Des scientifiques du Laboratoire national d'Argonne du Département américain de l'énergie (DOE) ont mené une expérience internationale de physique nucléaire menée au CERN, l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire, qui utilise de nouvelles techniques développées à Argonne pour étudier la nature et l'origine des éléments lourds dans l'univers. L'étude peut fournir des informations critiques sur les processus qui travaillent ensemble pour créer les noyaux exotiques, et elle éclairera les modèles d'événements stellaires et du début de l'univers.

Les physiciens nucléaires de la collaboration sont les premiers à observer la structure neutronique-enveloppe d'un noyau avec moins de protons que le plomb et plus de 126 neutrons - des «nombres magiques» dans le domaine de la physique nucléaire.

À ces nombres magiques, dont 8, 20, 28, 50 et 126  quisont des valeurs canoniques, les noyaux ont une stabilité améliorée, tout comme les gaz rares avec des coquilles d'électrons sturées. Les noyaux avec des neutrons supérieurs au nombre magique de 126 sont largement inexplorés car ils sont difficiles à produire. La connaissance de leur comportement est cruciale pour comprendre le processus de capture rapide de neutrons, ou r-processus, qui produit de nombreux éléments lourds de l'univers.

On pense que le r-processus se produit dans des conditions stellaires extrêmes telles que les fusions d'étoiles à neutrons ou les supernovae. Ces environnements riches en neutrons sont des endroits où les noyaux peuvent se développer rapidement, capturant des neutrons pour produire des éléments nouveaux et plus lourds avant qu'ils aient la possibilité de se désintégrer plus tard

Cette expérience s'est concentrée sur l'isotope du mercure 207Hg. L'étude du 207Hg pourrait éclairer les propriétés de ses proches voisins, noyaux directement impliqués dans les aspects clés du processus r.

"L'une des plus grandes questions de ce siècle a été de savoir comment les éléments se sont formés au début de l'univers", a déclaré le physicien argonnais Ben Kay, scientifique principal de l'étude. "Il est difficile de faire des recherches car nous ne pouvons pas simplement creuser une supernova hors de terre, nous devons donc créer ces environnements extrêmes et étudier les réactions qui s'y produisent."

Pour étudier la structure de 207Hg, les chercheurs ont d'abord utilisé l'installation HIE-ISOLDE du CERN à Genève, en Suisse. Un faisceau de protons de haute énergie a été tiré sur une cible de plomb fondu, les collisions qui en ont résulté produisant des centaines d'isotopes exotiques et radioactifs.

Ils ont ensuite séparé les noyaux de 206 Hg des autres fragments et ont utilisé l'accélérateur HIE-ISOLDE du CERN pour créer un faisceau de noyaux avec la plus haute énergie jamais atteinte à cet accélérateur. Ils ont ensuite focalisé le faisceau sur une cible de deutérium à l'intérieur du nouveau spectromètre solénoïde ISOLDE (ISS).

"Aucune autre installation ne peut fabriquer des faisceaux de mercure de cette masse et les accélérer à ces énergies", a déclaré Kay. "Ceci, couplé au pouvoir de résolution exceptionnel de l'ISS, nous a permis d'observer le spectre des états excités dans 207Hg pour la première fois."

L'ISS est un spectromètre magnétique nouvellement développé que les physiciens nucléaires ont utilisé pour détecter des instances de noyaux de 206Hg capturant un neutron et devenant 207Hg. L'aimant solénoïde du spectromètre est un aimant IRM supraconducteur 4 Tesla recyclé provenant d'un hôpital en Australie. Il a été transféré au CERN et installé à ISOLDE, grâce à une collaboration dirigée par le Royaume-Uni entre l'Université de Liverpool, l'Université de Manchester, le Laboratoire Daresbury et des collaborateurs de la KU Leuven en Belgique.

Le deutérium, un isotope lourd rare de l'hydrogène, se compose d'un proton et d'un neutron. Lorsque 206Hg capture un neutron de la cible de deutérium, le proton recule. Les protons émis au cours de ces réactions se déplacent vers le détecteur de l'ISS, et leur énergie et leur position fournissent des informations clés sur la structure du noyau et la façon dont il est lié. Ces propriétés ont un impact significatif sur le processus r, et les résultats peuvent éclairer des calculs importants dans des modèles d'astrophysique nucléaire.

L'ISS utilise un concept pionnier suggéré par un éminent collègue d'Argonne, John Schiffer, qui a été construit comme le spectromètre orbital hélicoïdal du laboratoire, HELIOS - l'instrument qui a inspiré le développement du spectromètre ISS. HELIOS a permis l'exploration de propriétés nucléaires qui étaient autrefois impossibles à étudier, mais grâce à HELIOS, ont été réalisées à Argonne depuis 2008. L'installation ISOLDE du CERN peut produire des faisceaux de noyaux complémentaires à ceux qui peuvent être fabriqués à Argonne.

Au cours du siècle dernier, les physiciens nucléaires ont pu recueillir des informations sur les noyaux à partir de l'étude des collisions où des faisceaux d'ions légères frappaient des cibles lourdes. Cependant, lorsque des faisceaux lourds frappent des cibles légères, la physique de la collision devient déformée et plus difficile à analyser. Le concept HELIOS d'Argonne était la solution pour éliminer cette distorsion.

"Lorsque vous avez un boulet de canon d'un faisceau frappant une cible fragile, la cinématique change et les spectres résultants sont compressés", a déclaré Kay. "Mais John Schiffer s'est rendu compte que lorsque la collision se produit à l'intérieur d'un aimant, les protons émis se déplacent en spirale vers le détecteur, et par une" astuce "mathématique, cela déplie la compression cinématique, résultant en un spectre non compressé qui révèle la structure nucléaire sous-jacente

Les premières analyses des données de l'expérience du CERN confirment les prédictions théoriques des modèles nucléaires actuels, et l'équipe prévoit d'étudier d'autres noyaux dans la région de 207Hg en utilisant ces nouvelles capacités, donnant un aperçu plus approfondi des régions inconnues de la physique nucléaire et de la r -processus.

Les résultats de cette étude ont été publiés dans un article intitulé "Première exploration de la structure de la coquille de neutrons sous le plomb et au-delà de N = 126" le 13 février dans les Physical Review Letters.

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8xplore further

ISOLDE steps into unexplored region of the nuclear chart to study exotic isotopes

More information: T. L. Tang et al, First Exploration of Neutron Shell Structure below Lead and beyond N=126, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.062502

Journal information: Physical Review Letters

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Provided by Argonne National Laboratory 8

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 MESC COMMENTAIRES

   Sont très courts et s’étonnent que les auteurs n’aient pas utilisée le  terme strict  nommant ce phénomène  la spallation !