Une étude du FRIB américain révèle que l’augmentation des rayons gamma de basse énergie provient des transitions magnétiques nucléaires

Une équipe de recherche internationale dirigée par l’installation de faisceaux d’isotopes rares (FRIB) des États-Unis, avec la participation du Laboratoire national Lawrence Livermore (LLNL) et d’autres institutions, a récemment publié ses résultats dans *Nature*, expliquant une question de longue date dans le domaine de la physique nucléaire : pourquoi certains noyaux atomiques émettent-ils un nombre anormalement élevé de rayons gamma de basse énergie.

Image : FRIB

Les rayons gamma sont une forme de rayonnement électromagnétique. Les noyaux atomiques dans un état excité libèrent des rayons gamma au cours de la désintégration radioactive et reviennent progressivement à des niveaux d’énergie plus bas et plus stables. Au cours des dernières décennies, les scientifiques ont découvert que certains noyaux atomiques présentent un phénomène d’« augmentation à basse énergie », c’est-à-dire que le nombre de rayons gamma de basse énergie émis est supérieur aux prévisions. Cependant, ce phénomène n’est pas universel et sa localisation est difficile à prédire sur le plan théorique.

L’équipe de recherche a cette fois mesuré le rayonnement gamma produit lors de la désintégration d’isotopes radioactifs de cuivre en zinc. Grâce aux capacités de faisceau du FRIB et à des instruments spécialisés, les scientifiques ont distingué deux types d’états de désintégration : l’un associé aux transitions électriques, où les protons du noyau se réorganisent lors de la désintégration du cuivre ; l’autre associé aux transitions magnétiques, où les neutrons et les protons du noyau subissent un changement d’orientation magnétique interne.

Les résultats expérimentaux montrent que seul l’état de désintégration accompagné de transitions magnétiques présente une augmentation des rayons gamma de basse énergie. Cela fournit une preuve directe de l’origine magnétique du phénomène d’« augmentation à basse énergie » et établit un lien plus clair entre les observations expérimentales et les interprétations théoriques.

Les chercheurs indiquent que, bien que cette expérience ne porte que sur un seul système nucléaire, ses résultats contribuent à améliorer les modèles de structure nucléaire et pourraient influencer les simulations liées à l’astrophysique, notamment l’étude des processus nucléaires dans les étoiles, les supernovas et les fusions d’étoiles à neutrons, ainsi que la compréhension des réactions de formation des éléments lourds. Les résultats peuvent également servir de référence pour la recherche liée à la sûreté nucléaire, comme l’expertise nucléaire.