ISOLDE lève un peu plus le voile sur la fission nucléaire

Une collaboration internationale dirigée par l’Université de Louvain (K.U.Leuven, Belgique) a récemment découvert, en exploitant les faisceaux radioactifs d’ISOLDE, un nouveau type inattendu de fission nucléaire asymétrique qui bouleverse les théories actuelles. Ce résultat surprenant ouvre la voie à de nouveaux modèles de structure nucléaire et à d’autres théories afin d’élucider ce phénomène.

 

Lors de la fission nucléaire, le noyau se scinde en deux noyaux plus petits, un noyau père et un noyau fils, en dégageant une énorme quantité d’énergie. La fission est utilisée dans les centrales nucléaires pour produire de l’électricité. Plusieurs décennies après sa découverte, la fission nucléaire n’est pas encore entièrement comprise sur le plan de la recherche fondamentale et ses propriétés n’ont pas fini d’étonner les physiciens nucléaires.

Le processus de fission en dit beaucoup sur la structure interne et complexe du noyau et sur les interactions qui y ont lieu. En particulier, c’est dans les processus où la fission est observée à une énergie juste au-dessus du niveau minimum requis que l’on aura le plus de chances de savoir quels effets quantiques doivent être introduits dans le « modèle de la goutte liquide » (modèle nucléaire classique) afin de comprendre clairement le comportement du noyau.

ISOLDE, une collaboration internationale composée de scientifiques de neuf pays différents, étudie l’isotope 180 du thallium (Tl₁₈₀). Par désintégration radioactive, le Tl180 devient l’isotope 180 du mercure (Hg₁₈₀), qui se scinde à son tour. « D’après les expériences passées et les modèles théoriques associés, nous nous attendions à observer une distribution de masse symétrique des fragments de fission, indique A.N. Andreïev, le chercheur principal de l’équipe de la K.U.Leuven (travaillant actuellement à la University of the West of Scotland). Or, nous avons mesuré une distribution asymétrique. Cette divergence nous oblige à reconsidérer nos théories sur l’interaction entre le modèle de la goutte liquide (macroscopique) et les corrections qui sont apportées à ce modèle sur la base du modèle en couches et à particules indépendantes (microscopique) et qui doivent être appliquées à la description de ces noyaux ».

Ce résultat est obtenu à la suite de premières tentatives réalisées il y a une vingtaine d’années par des scientifiques à Doubna pour comprendre des processus de fission similaires. « Dans les expériences précédentes, on devait faire face à de grandes quantités de contaminants dans les échantillons du noyau père. Grâce à la source d’ions laser d’ISOLDE, qui permet d’ioniser des éléments de façon sélective, nous pouvons obtenir un échantillon de thallium-180 d’une très grande pureté (T1/2=1,1 s.). Nous avons alors pu déterminer avec une précision sans précédent les différents rapports d’embranchement des diverses désintégrations », explique A.N. Adreïev.

Les résultats inattendus de l’expérience ISOLDE encourageront l’élaboration de nouvelles approches théoriques du processus de fission nucléaire. « Nous avons travaillé sur une nouvelle description de la structure interne du noyau du mercure, qui permet de prédire la distribution de masse asymétrique que nous avons observée. D’autres expériences et de nouvelles théories seront nécessaires pour mieux comprendre la dynamique des processus de fission, au moins pour les noyaux situés dans la région du thallium dans le diagramme des nucléides », conclut Mark Huyse, un autre membre de l’équipe de la K.U.Leuven.

par CERN Bulletin