Une nouvelle étude sous la direction de chercheurs de l’Université de Tel-Aviv dévoile le processus d’adhérence des nucléons dans le noyau atomique. Une expérience réalisée dans l’accélérateur de particules Thomas Jefferson aux Etats-Unis avec la participation de 140 scientifiques du monde entier sous la direction de chercheurs en physique nucléaire de l’Université de Tel-Aviv, a montré que protons et neutrons se déplacent plus vite lorsqu’ils sont en couple que lorsqu’ils sont isolés. Les résultats de l’expérience, publiés dans la prestigieuse revue Science, auront des conséquences considérables pour la compréhension des noyaux atomiques lourds.
Le noyau atomique est composé de protons et de neutrons, désignés sous le terme générique de nucléons. L’étude des interactions entre protons et neutrons dans le noyau de l’atome a des conséquences primordiales pour la compréhension des processus tels que la formation des étoiles à neutrons et des galaxies dans l’univers, la production d’isotopes radioactifs et les systèmes d’imagerie à résonance magnétique nucléaire.
« Les protons et les neutrons qui sont reliés entre eux par paires se meuvent plus vite que ceux qui se déplacent seuls» explique Or Hen, étudiant en doctorat à l’École de physique et d’astronomie de l’Université de Tel-Aviv et auteur principal de l’article. «Nous avons prouvé que c’est un phénomène universel, qui existe dans tous les noyaux atomiques, y compris ceux des atomes lourds qui ont plus de neutrons que de protons ».
Pour vérifier leur hypothèse, les chercheurs ont bombardé des noyaux atomiques de faisceau d’électrons d’une énergie de 5 milliards d’électrons-volts. Des détecteurs spéciaux ont repéré les protons et les neutrons libérés par la rupture du noyau, montrant qu’à tout moment environ 20% des nucléons du noyau se rapprochent les uns des autres pour former des paires possédant une force d’attraction mutuelle qui augmente la vitesse des deux.
Plus surprenante encore a été la préférence des nucléons: dans tous les noyaux observés, ils ont préféré se connecter à des nucléons différents d’eux (les protons préférant les neutrons et vice-versa). « De même que, par analogie, les garçons préfèrent danser avec les filles», explique le professeur Eliezer Piasetzky, chef du groupe de physique nucléaire à l’Université de Tel-Aviv et co-auteur de l’article.
« Cette relation entre les différents nucléons régit également le comportement des noyaux lourds tels que celui du plomb » explique le Dr Doug Higinbotham, chercheur au laboratoire de Jefferson et co-auteur de l’article. «Ceci change la compréhension des étoiles à neutrons et autres systèmes nucléaires de notre galaxie», ajoute le Prof. Piasetzky.
L’équipe israélienne espère maintenant utiliser ces nouveaux résultats pour comprendre également les interactions dans les différents systèmes comme les quarks à l’intérieur des nucléons, les étoiles à neutrons et les gaz d’atomes froids. À cette fin, le groupe de l’Université de Tel-Aviv collabore avec le Dr Yoav Sagi du Technion, qui crée en ce moment un laboratoire d’atomes ultra-froids qui permettra, entre autres, de simuler la profonde asymétrie à l’origine de l’expulsion des étoiles à neutrons dans l’univers.