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États cluster « α-cœur » dans les noyaux lourds


Contact : Alain Astier
 


Grâce à une réaction de transfert étudiée avec le multidétecteur γ Euroball, nous avons mis en évidence dans le noyau 212Po des états totalement inédits dans toute la carte des noyaux. Ces états indiquent que le noyau possède une structure cluster « α+208Pb » sous-jacente.

Du point de vue du modèle en couches, les états excités du noyau 212Po devraient être relativement simples à décrire. En effet cet isotope ne possède que 4 nucléons (2 protons et 2 neutrons) de plus que le noyau doublement magique 208Pb. C’est effectivement le cas quant aux premiers états connus pour lesquels les énergies d’excitation sont assez bien reproduites par les calculs de modèle en couches.

Les états excités de 212Po ont été peuplés par réaction de transfert d’une particule α induit par un faisceau d’ions lourds à très basse énergie, et les rayonnements γ désexcitant ces états ont été étudiés avec le multidétecteur γ Euroball, alors installé auprès de l’accélérateur Vivitron à Strasbourg. Dans le nouveau schéma de niveaux obtenu pour 212Po, deux séries d’états autour de 2 et 3 MeV d’énergie d’excitation ont été découvertes possédant des propriétés inédites : ces états sont de mêmes spins que les états yrast mais de parités opposées (4-, 6-, 8-…). Leur décroissance est unique via l’émission, pour chaque état, d’une transition γ de type dipolaire électrique (E1) sans changement de spin. La force de cette transition est de surcroît très importante (B(E1) 2×10-2 – 1×10-3 W.u.), impliquant un très grand moment dipolaire électrique du système.

Ces nouveaux états de parité non naturelle ne sont pas du tout attendus par le modèle en couches à si basse énergie d’excitation. Seule l’hypothèse d’une structure de type cluster « α+208Pb » sous-jacente dans 212Po permettrait d’en expliquer l’existence. Mais contrairement aux noyaux légers où la rotation collective du système autour de son centre de masse est possible, les états mis en évidence dans 212Po sont interprétés comme provenant du mouvement de vibration de la distance « α-cœur » autour de sa position d’équilibre.

Cette découverte ainsi que le début de sa compréhension théorique ont fait l’objet d’une publication dans la revue Physical Review Letters de janvier 2010. Pour une approche un peu plus "grand public", on peut également consulter notre contribution -en français !- parue dans les "Images de la Physique" du CNRS : Un noyau de polonium dévoile sa structure alpha

Perspectives

Un nouvel axe de recherche a ainsi vu le jour, portant sur la recherche de ce nouveau phénomène dans d’autres noyaux lourds et sa modélisation théorique.

Des états similaires à ceux mis en évidence dans 212Po pourraient aussi être recherchés dans le noyau 136Te, situé "à un α" du noyau doublement magique 132Sn. Hélas ce dernier étant très exotique, seules des réactions en cinématique inverse sont envisageables, et il faudra donc attendre la mise en service des faisceaux radioactifs de SPIRAL2 ou EURISOL pour mettre en évidence une éventuelle clusterisation dans 136Te.

On pourrait également étendre cette recherche à d’autres clusterisations, comme par exemple le cas du noyau 216Rn. Ce noyau, qui est situé "à deux α" de 208Pb, serait effectivement susceptible de présenter des propriétés similaires si les deux α se déplacent de façon cohérente tel un 8Be, mais des structures beaucoup plus complexes pourraient aussi de manifester si les deux α se déplacent indépendamment l’un de l’autre...