Des physiciens observent l’oxygène 28 pour la première fois

L’oxygène-28 (²⁸O) est particulièrement intéressant car, avec les nombres magiques Z = 8 (protons) et N = 20 (neutrons), on s’attend à ce qu’il soit, dans l’image standard du modèle d’enveloppe de la structure nucléaire, l’un d’un nombre relativement restreint de tels noyaux. -appelé noyaux « doublement magiques ».

“Le noyau d’oxygène 28 présente depuis longtemps un intérêt car, dans le modèle de coque standard de la structure nucléaire, il devrait être” doublement magique “”, ont déclaré Yosuke Kondo, physicien à l’Institut de technologie de Tokyo, et ses collègues.

“En effet, il est très bien établi que pour les noyaux stables et quasi-stables, les nombres de protons et de neutrons 2, 8, 20, 28, 50, 82 et 126 correspondent à des coques sphériques fermées.”

« De tels noyaux représentent la pierre angulaire de notre compréhension de la structure du système nucléaire à N corps. »

“En particulier, comme une énergie substantielle est nécessaire pour les exciter en raison des grands espaces entre les coquilles, ils peuvent être considérés, lors de la modélisation des noyaux dans leur région de masse, comme un noyau” inerte “sans degrés de liberté internes.”

Au cours de leurs recherches, les physiciens ont observé deux de ces noyaux – l’oxygène-28 et l’oxygène-27 – lors de leur désintégration en oxygène-24 avec respectivement quatre et trois neutrons.

Pour ce faire, ils ont utilisé Usine de poutres RI de RIKENqui pourrait produire des faisceaux intenses de noyaux instables couplés à une cible active d’hydrogène liquide épais et à des réseaux de détection multi-neutrons.

Les réactions d’inactivation de nucléons induites par des protons à partir d’un faisceau de fluor 29 à haute énergie ont généré les isotopes non liés aux neutrons, l’oxygène 27 et l’oxygène 28.

Les chercheurs ont observé ces isotopes et étudié leurs propriétés en détectant directement leurs produits de désintégration.

Ils ont découvert que l’oxygène 27 et l’oxygène 28 existent sous forme de résonances étroites à basse altitude et ont comparé leurs énergies de désintégration aux résultats de modèles théoriques sophistiqués – un calcul de modèle de coque à grande échelle et une approche statistique nouvellement développée – basés sur des théories de champ efficaces. de la chromodynamique quantique. La plupart des approches théoriques prévoyaient des énergies plus élevées pour les deux isotopes.

“Plus précisément, les calculs statistiques de clusters couplés suggèrent que les énergies de l’oxygène-27 et de l’oxygène-28 peuvent fournir des contraintes précieuses pour les interactions prises en compte dans de telles approches ab initio”, a déclaré le Dr Kondo.

“Nous avons également étudié la section transversale de production d’oxygène 28 à partir du faisceau de fluor 29, constatant qu’elle correspond au fait que l’oxygène 28 ne présente pas de structure de coque fermée N = 20.”

“Ce résultat suggère que” l’île d’inversion “, par laquelle l’écart énergétique entre les orbitales des neutrons s’affaiblit ou disparaît, s’étend au-delà des isotopes du fluor, le fluor-28 et le fluor-29, jusqu’aux isotopes de l’oxygène.”

“Les présents résultats améliorent notre compréhension de la structure nucléaire en offrant de nouvelles perspectives, en particulier pour les noyaux extrêmement riches en neutrons.”

“De plus, l’étude détaillée des corrélations multi-neutrons et l’étude d’autres systèmes exotiques deviennent désormais possibles grâce à la technique de spectroscopie de désintégration multi-neutrons utilisée ici.”

« Espérons que les recherches futures dévoileront bien d’autres mystères entourant les noyaux. »

Le résultats ont été publiés dans la revue Nature.

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Y. Kondo et autres. 2023. Première observation de ²⁸O. Nature 620, 965-970 ; deux : 10.1038/s41586-023-06352-6