FRIB découvre cinq nouveaux isotopes dans des fragments de platine – Physics World

En faisant entrer en collision des ions lourds, des physiciens américains ont créé cinq isotopes nucléaires inédits. Dirigé par Oleg Tarassov à la Michigan State University, l'équipe a identifié les noyaux présents dans les débris produits par la fragmentation du platine-198.

Près de 300 isotopes naturels sont connus des physiciens, dont environ 250 sont stables. Les chercheurs ont également créé environ 3000 XNUMX isotopes à vie courte dans des laboratoires tels que le Facility for Rare Isotope Beams (FRIB), un institut basé sur des accélérateurs de la Michigan State University.

Les isotopes à vie courte se produisent également naturellement lors d’événements astrophysiques violents tels que les supernovae et les fusions d’étoiles à neutrons. Dans ces événements, on pense que certains de ces isotopes sont impliqués dans le processus rapide de capture de neutrons (processus r), qui produit des éléments lourds tels que l'or.

Petite fraction

"Le nombre d'isotopes naturels ne représente qu'une infime fraction des isotopes possibles et une infime fraction du nombre qui existe dans des environnements astrophysiques extrêmes avec des réactions nucléaires actives", explique Tarasov. « Une question fondamentale est : quelles combinaisons de protons et de neutrons peuvent former un noyau atomique ou un isotope rare ?

Répondre à cette question est l'un des objectifs de FRIB, qui crée des isotopes en projetant des faisceaux d'ions lourds sur des cibles à des énergies allant jusqu'à 200 MeV. Grâce à la dernière augmentation de la puissance du faisceau, l'installation est désormais en mesure de fournir un accès sans précédent à des isotopes lourds riches en neutrons dans des régions encore inexplorées de la carte nucléaire.

Pour l'équipe de Tarasov, une région particulièrement intéressante contient des isotopes légèrement plus légers que le plomb 208. Jusqu’à présent, ces noyaux se sont révélés difficiles à étudier en raison des faibles rendements de production expérimentaux, combinés à la difficulté de distinguer les différents noyaux.

Fragmentation des projectiles

Avec FRIB, « des isotopes lourds contenant beaucoup plus de neutrons que de protons peuvent être produits par fragmentation de projectile, où un faisceau lourd et stable tel qu'un isotope naturel du platine est écrasé sur une cible de carbone à la moitié de la vitesse de la lumière », explique Tarasov.

Pour trouver de nouveaux isotopes, les chercheurs ont dû faire face à une double tâche : trier les débris de fragmentation selon les différents isotopes qu'ils contiennent et identifier sans ambiguïté chaque isotope. Ces défis ont été surmontés grâce au séparateur avancé d’isotopes rares (ARIS) du FRIB.

Au total, l'expérience de fragmentation de l'équipe a donné cinq isotopes différents des éléments thulium, ytterbium et lutécium, qui n'avaient jamais été observés auparavant.

"L'identification réussie de ces isotopes met en valeur les capacités à haute résolution du séparateur de fragments ARIS et son potentiel pour de futures découvertes dans la région à Z élevé du tableau périodique, en particulier à mesure que l'intensité du faisceau augmente", explique Tarasov.

L’équipe est convaincue que ses résultats ne sont que le début d’une nouvelle ère passionnante pour les expériences de fragmentation. "Cela a été réalisé moins d'un an après le début des opérations du FRIB et promet un grand potentiel scientifique lors de la réalisation de mesures similaires avec la fragmentation du plomb et de l'uranium", poursuit Tarasov.

Dans les expériences futures, Tarasov et ses collègues viseront à produire des noyaux contenant 126 neutrons. Il s’agit d’un « nombre magique » et ces noyaux devraient être plus stables que leurs voisins dans le thème nucléaire. Cela en fait une cible importante pour les astrophysiciens dans leurs études sur le processus r. Ainsi, les recherches futures pourraient nous permettre de mieux comprendre les origines d’environ la moitié de tous les éléments de l’univers plus lourds que le fer.

La recherche est décrite dans Physical Review Letters.

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• La source: https://physicsworld.com/a/frib-finds-five-new-isotopes-in-platinum-fragments/