« C’est une première mondiale » : un isotope ultra-lourd de l’hydrogène créé grâce à des faisceaux d’électrons

L’étude des isotopes d’hydrogène extrêmement lourds a récemment franchi une nouvelle étape grâce à une collaboration internationale dirigée par l’Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU). En utilisant des faisceaux d’électrons à haute énergie, les chercheurs ont réussi à produire du ⁶H, un isotope d’hydrogène riche en neutrons, en défiant les théories nucléaires actuelles. Cette découverte pourrait transformer notre compréhension des interactions multi-nucléons dans des environnements riches en neutrons, ouvrant la voie à de nouvelles recherches dans le domaine de la physique nucléaire.

Hydrogène-6 : Une frontière de la stabilité nucléaire

L’hydrogène-6 est une curiosité dans le monde des isotopes, composé d’un proton et de cinq neutrons. Avec un ratio neutron-proton parmi les plus élevés, il représente l’une des limites les plus extrêmes de la stabilité nucléaire. Les chercheurs s’efforcent de comprendre ces isotopes exotiques pour répondre à des questions fondamentales sur le nombre de neutrons qu’un noyau atomique peut contenir. Cependant, les données expérimentales sur ces noyaux restent rares et souvent controversées. La question de savoir si l’énergie de l’état fondamental de ⁶H est basse ou élevée alimente un débat scientifique de longue date. Grâce aux nouvelles méthodes expérimentales, les chercheurs espèrent clarifier ces incertitudes et approfondir notre compréhension de la physique nucléaire.

« Ils sèment la panique nucléaire » : des rongeurs radioactifs stoppent brutalement la construction d’un réacteur nucléaire au Royaume-Uni

Une approche innovante en deux étapes

Pour produire du ⁶H, l’équipe a utilisé une technique novatrice impliquant le faisceau d’électrons à haute énergie de MAMI. En projetant un faisceau d’électrons à 855 MeV sur une cible de lithium-7, ils ont initié un processus en deux étapes. Lors de la première étape, une interaction électronique a excité un proton dans le noyau de lithium, le transformant en neutron et en pion. Si ce neutron transfère ensuite son énergie à un autre proton dans le noyau, il peut former l’isotope riche en neutrons ⁶H. Cette formation génère un signal faible, nécessitant des mesures précises et simultanées du pion et du proton éjectés, ainsi que de l’électron diffusé, à l’aide de trois spectromètres magnétiques. Cette méthode complexe met en lumière l’ingéniosité et l’expertise des chercheurs impliqués.

Ce double projet titanesque : la France relance l’hydrogène vert et pourrait révolutionner l’énergie en Europe dès 2025

Combinaison de faisceaux d’électrons et de spectromètres haute résolution

La réussite de cette expérience repose sur la combinaison unique de la qualité exceptionnelle du faisceau d’électrons de MAMI et des spectromètres haute résolution de la Collaboration A1. Le professeur Josef Pochodzalla de l’Université Johannes Gutenberg souligne que cette combinaison a permis de surmonter des défis techniques considérables, tels que l’utilisation d’une cible en lithium allongée et fragile pour maximiser les probabilités d’interaction. Bien que la détection de l’isotope ⁶H soit un processus rare, avec environ un événement par jour sur une période de quatre semaines, la clarté du signal obtenu confirme la production de cet isotope et son état énergétique inattendu. Cette réussite témoigne de la précision et de la fiabilité de l’approche expérimentale adoptée.

Vers une compréhension approfondie des forces multi-nucléons

Les résultats de cette étude remettent en question les théories actuelles sur les forces multi-nucléons dans des environnements riches en neutrons. Le fait que l’énergie de l’état fondamental de ⁶H soit plus basse que prévu suggère des interactions plus fortes entre les neutrons au sein de ce noyau extrêmement instable. Ces découvertes incitent à réévaluer notre compréhension des forces nucléaires dans des conditions extrêmes. Elles pourraient également avoir des implications pour d’autres domaines de la physique nucléaire, tels que l’étude des étoiles à neutrons et des réactions nucléaires dans l’univers. Le chemin vers une compréhension complète des interactions multi-nucléons est encore long, mais ces avancées prometteuses apportent un éclairage précieux.

La recherche sur les isotopes d’hydrogène lourds continue de repousser les limites de notre compréhension scientifique. Les découvertes récentes concernant le ⁶H nous incitent à reconsidérer notre approche des forces nucléaires dans des environnements riches en neutrons. Quels nouveaux horizons cette découverte ouvrira-t-elle pour la physique nucléaire moderne et quels secrets encore inexploités ces isotopes exotiques pourraient-ils révéler à l’avenir ?