New superheavy isotope reveals complex relationship between quantum effects and fission
AA Un nouvel isotope superlourd révèle une relation complexe entre les effets quantiques et la fission
Par Tejasri Gururaj, Phys.org
Édité par Sadie Harley, relu par Robert Egan
Notes de la rédaction
Configuration électronique du seaborgium (Sg). Crédit : Ahazard.sciencewriter/Wikimedia Commons. commons.wikimedia.org/wiki/File:106_seaborgium_(Sg)_enhanced_Bohr_model.png.
Dans une étude publiée dans Physical Review Letters, des scientifiques du GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung ont découvert un nouvel isotope superlourd, le 257Sg (seaborgium), dont les propriétés ouvrent de nouvelles perspectives sur la stabilité nucléaire et la fission des éléments les plus lourds.
Les éléments superlourds existent dans un équilibre délicat entre la force nucléaire attractive qui maintient les protons et les neutrons ensemble et la force électromagnétique répulsive qui éloigne les protons chargés positivement.
Sans les effets de couches quantiques, analogues aux couches électroniques des atomes, ces noyaux massifs se sépareraient en moins d'un trillionnième de seconde.
Phys.org s'est entretenu avec les co-auteurs, les Dr Pavol Mosat et J. Khuyagbaatar du GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, en Allemagne, au sujet de leurs travaux.
L'étude révèle notre compréhension incomplète du comportement des noyaux atomiques les plus extrêmes, et les résultats suggèrent que les effets quantiques qui empêchent les noyaux superlourds de se désintégrer instantanément pourraient fonctionner différemment de ce que l'on pensait auparavant.
Étude de la stabilité nucléaire
L'équipe de recherche internationale a utilisé le séparateur de recul à gaz TASCA du GSI pour créer du 257Sg par des réactions de fusion entre des noyaux de chrome 52 et de plomb 206.
Ils ont découvert que le nouvel isotope a une durée de vie de 12,6 millisecondes, soit plus longtemps que son voisin pair-pair, le 258Sg, et se désintègre par fission spontanée et par émission de particules alpha.
La voie de désintégration alpha s'est révélée particulièrement révélatrice. Lorsque le 257Sg émet une particule alpha, il se transforme en 253Rf (rutherfordium), qui subit ensuite une fission après seulement 11 microsecondes.
Cette observation corrobore des découvertes récentes qui remettent en question la compréhension traditionnelle de l'influence du moment cinétique sur la fission. Alors que l'on s'attendait à ce que des nombres quantiques K plus élevés engendrent un obstacle à la fission plus important, des données récentes suggèrent que cette relation pourrait être plus complexe qu'on ne le pensait auparavant.
« Nous avons étudié les isotopes 257Sg et 253Rf et avons constaté que, de manière générale, les nombres quantiques K entravent effectivement la fission », a déclaré Mosat. « Cependant, la valeur absolue de ces obstacles reste inconnue. »
Premier isomère K dans le seaborgium
La découverte par l'équipe du premier état isomère K dans un isotope de seaborgium a peut-être été encore plus significative. Les isomères K sont des configurations nucléaires particulières à moment angulaire élevé qui résistent à la fission bien mieux que les états nucléaires ordinaires.
Dans le 259Sg, les chercheurs ont détecté un signal électronique de conversion apparaissant 40 microsecondes après la formation nucléaire, ce qui constitue une preuve solide de l'existence d'un état isomère K susceptible de résister à la fission des centaines de fois plus longtemps que l'état fondamental.
« Des états isomères K ont déjà été observés dans des noyaux superlourds tels que 252–257Rf et 270Ds », a noté Khuyagbaatar. « Nous avons observé l'isomère K exclusivement dans des noyaux à 106 protons, c'est-à-dire dans les isotopes Sg pour la première fois.»
Cette découverte comble une lacune cruciale dans la compréhension des éléments superlourds et pourrait avoir de profondes implications pour les futurs travaux de découverte d'éléments.
Implications pour l'« îlot de stabilité »
Cette découverte intervient à un moment crucial pour la recherche sur les éléments superlourds.
Les scientifiques recherchent depuis longtemps l'« îlot de stabilité » théorique, une région où certains noyaux superlourds pourraient exister pendant de longues périodes grâce à des effets de couche favorables. Cependant, les nouvelles découvertes suggèrent que ce paysage pourrait être plus complexe que prévu.
« Il se pourrait qu'un noyau superlourd, par exemple un isotope d'un élément non encore découvert, vive moins de 1 μs [microseconde] », explique Khuyagbaatar.
« Si tel est le cas, la découverte de l'élément 120 se heurtera probablement à des difficultés de séparation et de détection. Cependant, si un état isomérique K existe dans ce noyau, sa durée de vie pourrait être plus longue, comme nous l'avons récemment démontré avec le 252Rf.»
La découverte par l'équipe du premier état isomérique K dans un isotope de seaborgium est peut-être encore plus significative. Les isomères K sont des configurations nucléaires particulières à moment angulaire élevé qui résistent à la fission bien mieux que les états nucléaires ordinaires.
Dans le 259Sg, les chercheurs ont détecté un signal électronique de conversion apparaissant 40 microsecondes après la formation nucléaire, preuve solide de l'existence d'un état isomérique K susceptible de résister à la fission des centaines de fois plus longtemps que l'état fondamental.
« Des états isomères K ont déjà été observés dans des noyaux superlourds tels que 252–257Rf et 270Ds », a noté Khuyagbaatar. « Nous avons observé l'isomère K exclusivement dans des noyaux à 106 protons, c'est-à-dire dans les isotopes de Sg pour la première fois.»
Cette découverte comble une lacune cruciale dans la compréhension des éléments superlourds et pourrait avoir de profondes implications pour les futurs travaux de découverte d'éléments.
Implications pour l'« îlot de stabilité »
Cette découverte intervient à un moment crucial pour la recherche sur les éléments superlourds.
Les scientifiques recherchent depuis longtemps l'« îlot de stabilité » théorique, une région où certains noyaux superlourds pourraient subsister pendant de longues périodes grâce à des effets de couche favorables. Cependant, les nouvelles découvertes suggèrent que ce paysage pourrait être plus complexe que prévu.
« Il se pourrait qu'un noyau superlourd, par exemple un isotope d'un élément non encore découvert, vive moins de 1 μs [microseconde] », explique Khuyagbaatar.
« Si tel est le cas, la découverte de l'élément 120 se heurtera probablement à des difficultés de séparation et de détection. Cependant, si un état isomérique K existe dans ce noyau, sa durée de vie pourrait être plus longue, comme nous l'avons récemment démontré avec le 252Rf. »
Les chercheurs estiment que le 256Sg, encore inconnu, pourrait avoir une demi-vie considérablement plus courte que ne le suggèrent les prédictions théoriques, passant potentiellement des 6 microsecondes prévues à seulement une nanoseconde.
Un écart de stabilité aussi important constituerait une avancée majeure en physique nucléaire.
Découvrez les dernières avancées scientifiques, technologiques et spatiales grâce aux informations quotidiennes de plus de 100 000 abonnés de Phys.org. Inscrivez-vous à notre newsletter gratuite et recevez des informations quotidiennes ou hebdomadaires sur les avancées, les innovations et les recherches les plus importantes.
Courriel
Défis techniques et travaux futurs
Cette prouesse expérimentale a nécessité de surmonter d'importants défis techniques. Travailler avec des noyaux dont l'existence ne dure que quelques millisecondes a nécessité des systèmes de détection extrêmement rapides et une synchronisation précise.
« Dans le cas des noyaux à courte durée de vie, il est essentiel de disposer d'un séparateur relativement court et, plus important encore, d'une électronique numérique rapide capable de démêler les signaux de désintégration radioactive jusqu'à environ 100 ns », explique Khuyagbaatar.
L'équipe a développé au GSI une électronique numérique spécialisée qui s'est avérée cruciale pour la découverte de multiples éléments superlourds.
Le prochain objectif de l'équipe est de synthétiser le 256Sg afin de vérifier si la diminution spectaculaire de stabilité prédite se produit réellement.
« Nous allons effectivement tenter d'explorer d'autres cas d'états isomères K à longue durée de vie dans les noyaux superlourds », a déclaré Mosat. « Concernant le sujet actuel, notre prochain projet sera de tenter de synthétiser le prochain 256Sg inconnu. »
xxxxxxxxxxxxxxx
Resume
Un nouvel isotope superlourd révèle une relation complexe entre les effets quantiques et la fission
Dans une étude publiée dans Physical Review Letters, des scientifiques du GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung ont découvert un nouvel isotope superlourd, le 257Sg (seaborgium), dont les propriétés ouvrent de nouvelles perspectives sur la stabilité nucléaire et la fission des éléments les plus lourds.
xxxxxxxxxxxx
Commenytaires
Résultats interessants mais
j espère quebmes lecteurs ne vont pas prendre la figure de tete comme une realitéé aussi plate 2D!!!!
Less structures des orbitales electroniques partent en 3D dans tous les sens !!! voir ma figure 2
xxxxxxxxxxxxxxxxxMore information: P. Mosat et al, Probing the Shell Effects on Fission: The New Superheavy Nucleus 257Sg, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/s7hr-y7zq
Journal information: Physical Review Letters
© 2025 Science X Network
A
Aucun commentaire:
Enregistrer un commentaire