L'expérience FRIB aux États-Unis révèle l'origine magnétique de l'anomalie d'intensification des rayons gamma de basse énergie

Selon une annonce du Laboratoire national Lawrence Livermore du 21 août, une nouvelle étude menée par l'installation de faisceaux d'isotopes rares (FRIB) des États-Unis, avec la participation de chercheurs du Laboratoire national Lawrence Livermore et d'autres institutions, apporte une nouvelle explication expérimentale au phénomène d'« intensification de basse énergie » qui persiste depuis longtemps dans le domaine de la physique nucléaire. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature.

Une expérience menée à l'installation de faisceaux d'isotopes rares (FRIB) a produit de nouveaux résultats, répondant à une question fondamentale sur la structure du noyau atomique. (Image : FRIB)

Les rayons gamma sont un rayonnement électromagnétique. Lorsqu'un noyau atomique à l'état excité perd de l'énergie au cours de la désintégration radioactive et transite vers un niveau d'énergie plus bas et plus stable, il émet des rayons gamma. Au cours des dernières décennies, les scientifiques ont découvert que certains noyaux atomiques émettent un nombre anormalement élevé de rayons gamma de basse énergie, mais ce phénomène n'apparaît pas dans tous les noyaux, et il est théoriquement difficile d'en prédire de manière fiable les conditions d'apparition.

L'équipe de recherche a cette fois mesuré les rayons gamma produits lors de la désintégration d'isotopes radioactifs de cuivre en zinc. Grâce aux capacités expérimentales du FRIB et à des instruments spécialisés, les chercheurs ont séparé deux états de désintégration différents et les ont analysés séparément : l'un associé à la transition électrique, se manifestant par un changement de position des protons dans le noyau ; l'autre associé à la transition magnétique, impliquant le basculement des moments magnétiques internes des protons et des neutrons dans le noyau.

Les résultats expérimentaux montrent que seule la désintégration correspondant à la transition magnétique présente une intensification des rayons gamma de basse énergie. Cela fournit une preuve directe de l'origine magnétique du phénomène d'« intensification de basse énergie » et établit un lien plus clair entre les observations expérimentales et les théories de la structure nucléaire.

Les chercheurs indiquent que, bien que cette expérience se concentre sur un système nucléaire spécifique, les découvertes associées devraient favoriser l'amélioration de modèles nucléaires plus larges et aider les scientifiques à simuler plus précisément les réactions nucléaires dans les étoiles, les supernovas et les fusions d'étoiles à neutrons, y compris les mécanismes de formation des éléments lourds. Par ailleurs, ces résultats pourraient également fournir de nouvelles références pour la recherche sur les processus liés à l'énergie nucléaire et pour l'analyse médico-légale nucléaire.