Exploration des éléments superlourds : décryptage de la stabilité du rutherfordium et au-delà

ParisUne équipe de chercheurs du GSI/FAIR, de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence et de l'Institut Helmholtz de Mayence a réalisé des avancées importantes dans la compréhension des éléments superlourds. Ils ont mesuré le noyau superlourd à la plus courte durée de vie, le rutherfordium-252, et ont ainsi levé un pan du mystère entourant l'îlot de stabilité. Ce travail a été publié dans la revue Physical Review Letters et mis en avant comme une « suggestion de l'éditeur ». La conclusion principale est que certaines combinaisons de protons et de neutrons, appelées « nombres magiques », confèrent à certains éléments superlourds une stabilité accrue, ce qui pourrait prolonger leur durée de vie.

Résumé de leurs découvertes :

• Le rutherfordium-252 est désormais le noyau superlourd le plus éphémère connu, avec une demi-vie de 60 nanosecondes.
• Les expériences révèlent des voies potentielles vers des noyaux encore plus éphémères grâce à des états excités de longue durée appelés isomères.
• Ces découvertes contribuent à cartographier la "ligne de rivage" de l'île de stabilité.

Les chercheurs ont utilisé un faisceau de titane-50 provenant de l'accélérateur UNILAC de GSI/FAIR pour bombarder des noyaux de plomb. Ce processus a généré des produits de fusion, ensuite séparés grâce à l'appareil de séparation et de chimie des trans-actinides. Ces produits ont été détectés par un détecteur en silicium, capturant leur courte existence et désintégration. Un total de 27 atomes de rutherfordium-252 a été observé, se désintégrant par fission avec une demi-vie de 13 microsecondes.

Dr. Khuyagbaatar Jadambaa, auteur principal du département de recherche en chimie des éléments superlourds de GSI/FAIR, a expliqué que les isomères peuvent avoir des durées de vie plus longues, offrant ainsi une occasion d'étudier ces éléments éphémères. L'équipe prévoit maintenant d'explorer le seaborgium (élément 106) pour approfondir ces recherches.

Ces découvertes offrent de nouvelles perspectives sur la stabilité des éléments superlourds et établissent une nouvelle référence pour la brièveté de leurs durées de vie. Cela ouvre la voie à des recherches futures au centre international FAIR, actuellement en construction à Darmstadt.

Île de stabilité

L'idée d'une île de stabilité est un concept captivant dans le domaine des éléments superlourds. Elle suggère qu'il pourrait exister des combinaisons de protons et de neutrons formant des noyaux atomiques très stables, malgré l'instabilité habituelle des éléments plus lourds. Une étude récente sur le noyau de rutherfordium-252 a permis d'affiner notre compréhension de ce phénomène. Les résultats des chercheurs apportent une contribution significative à l'exploration des limites de cette île.

Aspects clés de cette recherche :

• Nombres magiques : Ce sont des combinaisons spécifiques de protons et de neutrons qui apportent une stabilité supplémentaire aux noyaux atomiques.
• Noyau à la plus courte durée de vie : Le Rutherfordium-252 est actuellement le noyau superlourd ayant la durée de vie la plus courte découverte à ce jour.
• États excités et isomères : Ces phénomènes offrent de nouvelles voies pour explorer les éléments instables.

Les résultats montrent comment les effets quantiques et les états excités, appelés isomères, peuvent prolonger la durée de vie de ces noyaux. Cela permet aux scientifiques d'étudier des éléments superlourds qui se désintégreraient autrement trop rapidement pour être examinés.

Découvrir des éléments super-lourds instables remet en question les théories actuelles. Cela incite les scientifiques à explorer comment les états excités peuvent offrir une certaine stabilité. Habituellement, la stabilité des éléments est atteinte avec des configurations proches des nombres magiques. Cependant, cette étude suggère que l'exploration des états isomériques pourrait ouvrir la voie à de nouvelles découvertes.

Les résultats ouvrent la voie à de futures expériences. Les prochaines étapes pourraient consister à étudier des éléments comme le seaborgium (élément 106) pour mieux comprendre ce domaine. La construction continue de l'installation FAIR à Darmstadt est cruciale pour ces recherches. Cette installation renforcera la quête visant à délimiter les frontières de l'île des éléments superlourds.

Les avancées réalisées illustrent les progrès accomplis dans le domaine de la physique nucléaire. Elles soulignent l'importance de la recherche innovante pour explorer les profondeurs complexes du monde atomique. La compréhension récente de l'île de stabilité orientera les futures initiatives. Elle permettra à la communauté scientifique de percer les mystères des éléments superlourds.

Orientations futures de recherche

Une étude récente ouvre de nouvelles perspectives passionnantes pour la recherche future sur les éléments superlourds. La découverte du noyau superlourd à la vie la plus brève, le Rf-252, repousse les limites et établit de nouveaux jalons, incitant les scientifiques à explorer davantage ces géants éphémères. Les recherches futures pourraient s'orienter vers plusieurs domaines clés.

• Étude des états isomériques : Analyser les états excités à longue durée de vie dans d'autres éléments super-lourds pour comprendre leurs caractéristiques de stabilité.
• Cartographie des frontières isotopiques : Examiner comment les variations isotopiques influencent la stabilité, en particulier dans les éléments plus lourds que le rutherfordium.
• Synthèse de nouveaux éléments : Expérimenter la création d'isotopes de seaborgium et explorer des durées de vie inférieures à une microseconde.

Ces directives ont des répercussions majeures. En étudiant les états isomériques, les chercheurs pourraient découvrir des mécanismes permettant à certains noyaux de rester stables malgré un grand nombre de protons et de neutrons. Cela pourrait éclairer les "îlots de stabilité" et expliquer comment certaines configurations atomiques résistent à une désintégration rapide.

Comprendre les frontières isotopiques est essentiel pour cartographier ces limites. Cela aidera à déterminer jusqu'où les scientifiques peuvent aller dans la création de nouveaux éléments stables. Cela pourrait entraîner des avancées en science des matériaux et potentiellement révéler des éléments aux propriétés uniques.

De plus, produire des isotopes de seaborgium avec des durées de vie extrêmement courtes pourrait offrir des éclaircissements sur le comportement des noyaux superlourds. Ces découvertes pourraient permettre aux chercheurs d'améliorer les techniques employées dans la prochaine génération d'expériences dans des installations comme FAIR.

La construction en cours de l'installation FAIR promet de fournir les outils et technologies nécessaires pour ces futures explorations. Ces projets pourraient transformer notre compréhension de la physique nucléaire et des forces qui lient les éléments constitutifs de notre univers. En explorant plus en profondeur l'île de stabilité, les scientifiques pourraient percer des secrets qui leur échappent depuis des décennies, ouvrant ainsi de nouveaux horizons à explorer dans le domaine atomique.