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Résultat scientifique | Physique nucléaire

Le zirconium 98, noyau polymorphe


​Une collaboration co-pilotée par l'Irfu précise les formes possibles du noyau de zirconium à 58 neutrons grâce à une expérience au Ganil. Ces formes se distinguent fortement de celles du zirconium à 60 neutrons. L'occasion de contraindre les modèles de structure nucléaire et de les faire progresser.

Publié le 5 décembre 2018

Boule, cigare ou lentille ? La forme des noyaux varie lentement avec le nombre de protons et de neutrons mais quand la composition du noyau se rapproche de 40 protons et 60 neutrons, ces changements deviennent plus abrupts. D'où l'intérêt particulier des physiciens nucléaires pour le zirconium, doté de 40 protons.

Les chercheurs ont choisi d'étudier la forme du zirconium 98 (58 neutrons) en mesurant les temps de vie de ses différents états excités. En effet, à chacun de ces états, est associée une localisation possible des nucléons et donc une forme de noyau. Ces états se signalent par l'émission de rayons gamma qui accompagne le retour du noyau à l'état fondamental, le plus stable. Plus précisément, plus le noyau est déformé, plus cette émission devient rapide.

Au Ganil à Caen, les physiciens ont produit avec Spiral2 des noyaux de zirconium 98 radioactif qu'ils ont identifiés grâce à Vamos, le spectromètre à grande efficacité de détection et de grande acceptance de Spiral2. Le spectromètre gamma Exogam leur a permis d'observer les rayonnements émis par les états excités de 98Zr.

L'expérience révèle que trois formes coexistent au sein de 98Zr : sphérique à l'état fondamental, légèrement déformé à faible énergie d'excitation et fortement déformé à une énergie plus élevée. Ce schéma contraste avec le cas du zirconium 100 qui ne compte que deux neutrons de plus que 98Zr. Celui-ci est très allongé au repos puis devient sphérique quand il est excité.

Cette transition de formes soudaine entre les deux isotopes du zirconium fournit de nouvelles contraintes sur les modèles de structure nucléaire qui presque tous, ne prédisent que des évolutions douces de la forme du noyau. 

Ces travaux ont été réalisés par une équipe internationale, menée par des chercheurs de l'Irfu et de l'Université d'Oslo.

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