Une équipe américaine traque la source des rayons gamma anormaux du zinc-70 ; une transition magnétique nucléaire pourrait améliorer les modèles de formation des éléments lourds

Une équipe de recherche internationale dirigée par des scientifiques de l'installation de faisceaux d'isotopes rares (FRIB) de l'Université d'État du Michigan, aux États-Unis, a récemment confirmé la source de l'émission abondante de rayons gamma de basse énergie par le noyau atomique du zinc-70. L'étude suggère qu'une transition magnétique se produisant à l'intérieur du noyau atomique est la cause clé de l'intensification de ce signal anormal. Les résultats ont été publiés dans la revue *Nature* sous le titre « Caractéristiques magnétiques du renforcement de basse énergie du 70Zn ».

Les rayons gamma sont un rayonnement électromagnétique émis lors de la transition d'un noyau atomique excité vers un niveau d'énergie plus bas et plus stable. Depuis longtemps, les scientifiques observent dans certains noyaux atomiques une augmentation anormale du nombre de rayons gamma de basse énergie, phénomène appelé « renforcement de basse énergie » (LEE), mais dont le mécanisme physique n'avait pas encore été élucidé. Cette étude fournit de nouvelles preuves expérimentales pour ce problème de physique nucléaire.

L'équipe de recherche a concentré son étude sur le zinc-70. Le zinc-70 est considéré comme présentant un effet de renforcement de basse énergie, et sa structure de niveaux d'énergie est relativement bien connue. Les chercheurs ne sont pas partis directement du zinc-70, mais ont analysé la désintégration β de deux états d'énergie différents de son noyau parent, le cuivre-70 : l'un étant l'état fondamental, l'autre un état excité ou isomère. Ces deux voies de désintégration peuplent respectivement différentes combinaisons de niveaux d'énergie dans le zinc-70, permettant aux chercheurs d'observer sa structure nucléaire sous des angles complémentaires.

Pour obtenir un faisceau d'ions de cuivre-70 de haute pureté, l'équipe a utilisé le piège à ions à faisceau de basse énergie (LEBIT) du FRIB pour la préparation, et a enregistré les rayons gamma émis par le zinc-70 à l'aide d'un détecteur à scintillateur à sommation d'iodure de sodium. Ensuite, les chercheurs ont utilisé deux méthodes d'analyse, la méthode β-Oslo et la méthode des formes, pour déterminer respectivement les fonctions de force des rayons gamma correspondant aux différents états initiaux. En comparant les deux ensembles de résultats, l'équipe a confirmé que le renforcement de basse énergie provient principalement des transitions magnétiques à l'intérieur du noyau atomique.

Les chercheurs indiquent que ces résultats fournissent une nouvelle référence expérimentale pour les modèles théoriques nucléaires et offrent une voie viable pour l'étude plus approfondie du phénomène de renforcement de basse énergie dans d'autres noyaux atomiques. Étant donné que le renforcement de basse énergie affecte les taux de réaction de capture neutronique, ces résultats contribueront à améliorer les modèles de génération d'éléments lourds dans des environnements astrophysiques extrêmes tels que les explosions de supernovae et les fusions d'étoiles à neutrons.

Ce projet a réuni des chercheurs de 25 institutions provenant des États-Unis, du Canada, de l'Italie, de l'Allemagne, de la Norvège, de la Corée du Sud et d'autres pays. L'équipe de recherche estime qu'avec le développement des techniques expérimentales et des méthodes de séparation des isomères, il sera possible à l'avenir de tester ce mécanisme dans un plus grand nombre de noyaux atomiques, perfectionnant ainsi les modèles de structure nucléaire et d'astrophysique nucléaire.