La science
Les protons et les neutrons qui construisent le noyau de l’atome s’apparient fréquemment dans des partenariats éphémères appelés corrélations à courte portée. Des corrélations peuvent se former entre un proton et un neutron, entre deux protons ou entre deux neutrons. Les scientifiques ont récemment mené une expérience comparant la prévalence de chaque type d’appariement dans l’hélium-3 et dans le tritium, un isotope de l’hydrogène. L’hélium-3 et le tritium ont de petits noyaux légers. Dans les petits noyaux, les protons et les neutrons sont plus éloignés qu’ils ne le sont dans les noyaux plus gros, qui ont plus de protons et de neutrons. Dans les noyaux plus gros, les protons et les neutrons s’apparient avec l’autre type de particule 30 à 40 fois pour chaque fois qu’ils s’apparient avec le même type. À l’inverse, cette expérience a révélé que dans les noyaux plus petits, les neutrons ne s’apparient avec un proton que quatre fois pour chaque fois que les neutrons s’apparient avec un autre neutron.
L’impact
Ce résultat surprenant provient de données qui sont d’un ordre de grandeur plus précises que les études précédentes. Ces données ont révélé de nouveaux détails sur les nuances des interactions à courte distance entre les protons et les neutrons dans les noyaux. Les physiciens nucléaires pensent que cela montre comment ces interactions peuvent varier sur de petites distances à l’intérieur des noyaux. De plus, les interactions à courte distance peuvent également affecter les résultats d’expériences visant à démêler d’autres détails de la structure nucléaire à cette échelle.
Résumé
Cette expérience unique a été réalisée à l’installation d’accélérateur de faisceaux d’électrons continus du Thomas Jefferson National Laboratory (Jefferson Lab), une installation utilisateur du Département de l’énergie (DOE). Il a comparé la prévalence de chaque type de corrélation à courte portée dans l’hélium-3 et dans le tritium, un isotope de l’hydrogène. Ces noyaux sont considérés comme des «noyaux miroirs» car le contenu en protons de chacun reflète le contenu en neutrons de l’autre. Par exemple, l’hélium-3 a deux protons et un neutron, tandis que le tritium a un proton et deux neutrons. Les données ont révélé quatre paires neutron-proton pour chaque paire proton-proton ou neutron-neutron. Ce résultat est très différent des études précédentes. Ces premières études ont trouvé 30 à 40 paires proton-neutron pour chaque paire de même type dans des noyaux plus lourds, tels que le carbone, le fer et le plomb.
Une explication de cette différence est que les interactions entre protons et neutrons sont quelque peu modifiées par la distance qui les sépare. Cette interaction a une pièce “tenseur” à plus longue portée, qui génère des paires neutron-proton. Une pièce “coeur” à plus courte portée peut générer des paires proton-proton ou neutron-neutron. Lorsque les protons et les neutrons sont plus éloignés dans les noyaux légers, les chercheurs mesureront un équilibre différent entre ces interactions que lorsqu’ils sont plus proches dans les noyaux plus lourds. D’autres recherches permettront de tester cette idée.
Financement
Ce travail a été soutenu par le Department of Energy Office of Science, Nuclear Physics et par la National Science Foundation.
Source: https://www.energy.gov/
