Les expériences du Grand collisionneur de hadrons révèlent que le noyau de néon pourrait avoir une forme semblable à une quille de bowling

Une récente expérience menée au Grand collisionneur de hadrons (LHC) de l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) suggère que la structure interne du noyau de néon-20 pourrait ne pas être approximativement sphérique, comme le décrivent généralement les manuels traditionnels, mais plutôt proche d'une forme de « quille de bowling ». Cette découverte offre de nouvelles pistes expérimentales pour l'étude de la déformation des noyaux légers et des comportements collectifs dans les collisions nucléaires à haute énergie.

Le noyau atomique, composé de protons et de neutrons, détermine les propriétés élémentaires de l'atome et porte la majeure partie de sa masse. Bien que le noyau soit souvent représenté de manière simplifiée comme une structure sphérique, les recherches en physique nucléaire ont montré que certains noyaux présentent des déformations nettement non sphériques, comme les noyaux en forme de poire mentionnés dans des études antérieures. Une connaissance précise de ces formes aide les physiciens à comprendre le comportement des noyaux atomiques dans des conditions extrêmes.

En raison de la taille extrêmement réduite des noyaux atomiques et du fait que les états quantiques sont moyennés sur toutes les directions lors des mesures conventionnelles, il n'est pas aisé de « voir » directement la forme d'un noyau en laboratoire. Le Grand collisionneur de hadrons offre une autre voie : lorsque des noyaux entrent en collision à haute énergie, leur géométrie initiale influence les caractéristiques d'écoulement de la matière produite après l'impact. Les chercheurs peuvent ainsi déduire la forme interne du noyau en analysant les jets de particules et les motifs d'écoulement.

Dans cette étude, la collaboration CMS a comparé les données de collisions impliquant l'oxygène-16 et le néon-20, en se concentrant sur l'analyse des différences d'écoulement des particules entre les collisions oxygène-oxygène et néon-néon. Ces deux types de noyaux ont été choisis car leurs masses sont relativement proches, mais les calculs théoriques et les études existantes suggèrent que leurs structures internes pourraient différer : l'oxygène-16 pourrait présenter une structure nucléaire tétraédrique, tandis que le néon-20 est prédit comme présentant une déformation semblable à une quille de bowling.

Les chercheurs ont examiné en particulier les motifs d'écoulement des particules tels que l'écoulement elliptique et l'écoulement triangulaire. Les résultats montrent que l'écoulement collectif produit lors des collisions est sensible à la géométrie initiale du noyau, notamment dans les collisions plus frontales, où l'intensité relative de l'écoulement elliptique présente des caractéristiques liées à la déformation nucléaire. Cependant, l'étude souligne également que les variations de l'écoulement triangulaire ne correspondent pas quantitativement aux prédictions des modèles, ce qui nécessitera des validations et des améliorations supplémentaires à l'avenir.

Les résultats de cette recherche ont été publiés dans la revue Physical Review Letters. Les chercheurs estiment que ces résultats indiquent que l'écoulement collectif dans les collisions d'ions légers reflète non seulement la réponse du milieu hydrodynamique, mais pourrait également porter des informations sur l'arrangement spatial des protons et des neutrons à l'intérieur du noyau, offrant ainsi une nouvelle base expérimentale pour l'étude de la structure nucléaire à l'aide de collisions de particules à haute énergie.