Des percées réalisées dans la recherche en physique nucléaire de haute énergie : une équipe de recherche chinoise révèle, grâce au Grand collisionneur de hadrons européen, l'influence de la forme géométrique du noyau atomique

S'appuyant sur l'expérience A Large Ion Collider Experiment (ALICE) menée auprès du Large Hadron Collider (LHC) européen, l'équipe de la chercheuse Li Xiaomei du Laboratoire national clé des données nucléaires de l'Institut chinois de l'énergie atomique (China Institute of Atomic Energy, CIAE) a engagé une coopération scientifique internationale avec l'équipe du professeur Zhou You de l'Institut Niels· Bohr de l'Université de Copenhague (Niels Bohr Institute, University of Copenhagen) au Danemark. L'équipe conjointe, dans le système de collisions de noyaux légers oxygène-16 (Oxygen-16, $^{16}\text{O}$) et néon-20 (Neon-20, $^{20}\text{Ne}$), a réalisé des progrès importants concernant le phénomène de flux collectif dominé par la structure nucléaire, confirmant que la configuration géométrique spatiale du noyau atomique peut réguler directement les lois d'écoulement de la matière dans les collisions nucléaires de haute énergie, et fournissant des contraintes expérimentales essentielles pour perfectionner la théorie des collisions d'ions lourds relativistes et analyser la structure nucléaire microscopique.

Les expériences de collisions nucléaires relativistes de haute énergie permettent de générer, dans des conditions extrêmes, un plasma de quarks et de gluons (Quark-Gluon Plasma, QGP) à haute température et haute densité, et constituent une plateforme idéale pour simuler l'évolution de l'état de la matière de l'Univers primordial et sonder les interactions fondamentales à l'intérieur du noyau atomique. Après la collision, les caractéristiques de distribution angulaire des particules émises dans l'état final conservent les informations géométriques de la collision initiale ; la communauté physique utilise généralement la grandeur appelée flux anisotrope (Anisotropic flow) pour quantifier et analyser son comportement d'évolution spatiale.

Lors des étapes précédentes, l'équipe conjointe avait achevé, en s'appuyant sur l'expérience ALICE, une expérience de collision xénon-129 (Xenon-129, $^{129}\text{Xe}$), et les paramètres microscopiques de structure nucléaire extraits étaient hautement compatibles avec les conclusions de mesures du domaine de la physique nucléaire de basse énergie ; en parallèle, les chercheurs ont réalisé, à l'aide du modèle de transport multiphase (A Multi-Phase Transport model, AMPT), des simulations numériques systématiques des processus de collision du plomb-208 (Lead-208, $^{208}\text{Pb}$) respectivement avec l'oxygène-16 et le néon-20, démontrant au niveau théorique le mécanisme de réponse sensible du flux anisotrope à la configuration géométrique du noyau atomique ; les travaux correspondants ont déjà été publiés successivement dans Physics Letters B.

Sur cette base, l'équipe conjointe a poursuivi les mesures expérimentales de collisions de noyaux légers oxygène-16 et néon-20. Les résultats expérimentaux montrent que, le noyau de néon-20 présentant une déformation caractéristique en forme de sphéroïde allongé, les flux anisotropes produits par les deux systèmes de collision présentent des différences physiques significatives, et que les données calculées concordent bien avec les modèles microscopiques théoriques, confirmant avec force le rôle dominant de la configuration géométrique du noyau atomique sur le mode d'écoulement des particules dans l'état final, et ouvrant une voie empirique pour tester les modèles de structure interne des quarks dans le noyau.

Les résultats de cette recherche, intitulés « Experimental evidence for nuclear geometry-driven anisotropic flow in oxygen—oxygen and neon—neon collisions », ont été publiés dans la revue internationale de premier rang en physique Physical Review Letters (PRL) et ont été sélectionnés comme « Editors' Suggestions ». Ces résultats ont été accomplis conjointement par Lu Zhiyong, assistant de recherche à l'Institut de physique nucléaire de l'Institut chinois de l'énergie atomique, le Dr Emil Gorm Dahlbaek Nielsen de l'Institut Niels Bohr et le professeur Zhou You, etc., en tant qu'auteurs principaux contributeurs, et ont bénéficié du soutien financier de programmes scientifiques et technologiques nationaux tels que le National Key R&D Program of China.