Des chercheurs de l'Institut de physique moderne de l'Académie chinoise des sciences révèlent le mécanisme bidirectionnel des effets de couche dans les réactions de transfert de plusieurs nucléons

Récemment, l'équipe de recherche du Laboratoire national clé des sciences et technologies des ions lourds de l'Institut de physique moderne de l'Académie chinoise des sciences, en collaboration avec des partenaires, a révélé le mécanisme bidirectionnel des effets de couche dans les réactions de transfert de plusieurs nucléons et proposé un système de réaction optimisé. Cette étude offre une nouvelle approche pour la synthèse efficace de nucléides riches en neutrons en laboratoire. Les résultats ont été publiés dans *Physics Letters B*.

La synthèse et l'étude des nucléides riches en neutrons proches du nombre magique neutronique 126 revêtent une importance scientifique particulière, car les propriétés de ces nucléides sont directement liées à la formation des éléments lourds tels que l'or et le platine dans l'univers. Cependant, la production efficace de ces nucléides reste un défi expérimental majeur. Les méthodes traditionnelles telles que la fusion-évaporation, la fission et la fragmentation de projectiles ont du mal à atteindre efficacement cette région riche en neutrons, tandis que les réactions de transfert de plusieurs nucléons, en tant qu'approche alternative, ont suscité un large intérêt ces dernières années.

L'effet de couche est un facteur clé influençant la dynamique des réactions de transfert de plusieurs nucléons, mais son mécanisme d'action n'est pas encore entièrement élucidé. Pour cela, les chercheurs ont développé un modèle théorique pertinent, en introduisant une formule de masse dépendante de la déformation et un facteur d'échelle permettant d'ajuster continuellement l'intensité de la correction de couche, afin de suivre systématiquement l'évolution de l'effet de couche depuis l'échange de nucléons jusqu'au processus complet de désexcitation des fragments.

Les chercheurs ont systématiquement calculé les taux de réaction du xénon-136 bombardant respectivement trois noyaux cibles : le plomb-208, le mercure-204 et le mercure-208. L'étude révèle que l'effet de couche joue un rôle de « double tranchant » : pour les produits de transfert de quelques nucléons proches de la voie d'entrée, l'effet de couche augmente leur rendement ; mais pour les produits riches en neutrons nécessitant le transfert d'un grand nombre de nucléons, l'effet de couche inhibe fortement leur formation. Cette inhibition est la plus prononcée avec la cible de plomb-208, un noyau doublement magique.

Sur la base de cette compréhension, les chercheurs proposent d'éviter l'utilisation de noyaux magiques comme partenaires de collision et recommandent de choisir des noyaux cibles non magiques, en suggérant le système de réaction « uranium-238 bombardant le mercure-204 ». Les calculs montrent que cette réaction peut significativement augmenter la probabilité de synthèse de nucléides riches en neutrons tels que l'iridium-203 et l'osmium-202, offrant ainsi une option concrète pour de futures expériences.

Cette étude révèle non seulement le mécanisme d'action des effets de couche dans les réactions de transfert de plusieurs nucléons, mais fournit également une référence importante pour la synthèse expérimentale de nucléides riches en neutrons et pour élucider l'origine des éléments lourds dans l'univers.

Le premier auteur de l'article est Dai Fanchao, assistant de recherche à l'Institut de physique moderne ; les auteurs correspondants sont Xu Xinxing, chercheur à l'Institut de physique moderne, Wen Peiwei, chercheur associé, et Lin Chengjian, chercheur, tous deux à l'Institut chinois de l'énergie atomique. Ce travail a bénéficié du soutien de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, du Programme national de recherche et développement clé, et du projet pilote stratégique des sciences et technologies de l'Académie chinoise des sciences.

Figure 1 : Comparaison des sections efficaces prédites des isotones N = 126 produits par 238U+204Hg (en rouge) avec les données expérimentales de 198Pt+136Xe (en vert). (Source / Physics Letters B)

Figure 2 : Schéma de la réaction de transfert de plusieurs nucléons. Les deux noyaux atomiques s'approchent (à gauche), se combinent brièvement et échangent des nucléons (au centre), puis se séparent (à droite). (Figure / Dai Fanchao)