Première observation d'un noyau se désintégrant en quatre particules après une désintégration bêta.

Les scientifiques ont identifié un nouveau mode de désintégration radioactive dans l'oxygène 13, où il se divise en trois noyaux d'hélium, un proton et un positron. Cette découverte a été rendue possible grâce à une configuration expérimentale unique au Cyclotron Institute de l’Université Texas A&M, où le processus de désintégration de l’oxygène 13 a été étroitement surveillé.

Pour la première fois, des scientifiques ont observé l’oxygène 13 subir une désintégration radioactive unique, produisant trois noyaux d’hélium, un proton et un positron, à l’aide d’un équipement avancé du Cyclotron Institute de l’Université Texas A&M.

Tout le matériel qui nous entoure n’est pas stable. Certains matériaux peuvent subir une désintégration radioactive pour former des isotopes plus stables.

Les scientifiques ont observé pour la première fois un nouveau mode de désintégration. Dans cette désintégration, une forme plus légère d'oxygène, l'oxygène 13 (avec huit protons et cinq neutrons), se désintègre en se brisant en trois noyaux d'hélium (un atome sans les électrons environnants), un proton et un positron (la version antimatière d'un électron).

Les scientifiques ont observé cette désintégration en observant un seul noyau se briser et en mesurant les produits de désintégration.

Les scientifiques ont déjà observé des modes intéressants de désintégration radioactive suite au processus appelé désintégration bêta-plus. C'est là qu'un proton se transforme en neutron et émet une partie de l'énergie produite en émettant un positron et un antineutrino. Après cette désintégration bêta initiale, le noyau résultant peut avoir suffisamment d’énergie pour éliminer les particules supplémentaires par ébullition et se rendre plus stable.

Ce nouveau mode de désintégration est la première observation de trois noyaux d'hélium (particules alpha) et d'un proton émis après une désintégration bêta. Les résultats peuvent informer les scientifiques sur les processus de désintégration et les propriétés du noyau avant la désintégration.

Image de particules qui ont émergé du noyau après avoir subi une désintégration bêta résultant de ce nouveau mode de désintégration. Le noyau résultant s'est divisé en trois noyaux d'hélium (α) et un proton (p) provenant d'un seul point de désintégration (cercle rouge). Crédit : Image gracieuseté de J. Bishop

Dans cette expérience, les chercheurs ont utilisé un accélérateur de particules connu sous le nom de cyclotron au Cyclotron Institute de la Texas A&M University pour produire un faisceau de noyaux radioactifs à haute énergie (environ 10 % de la vitesse de la lumière). Ils ont envoyé ce faisceau de matière radioactive, l’oxygène 13, dans un équipement connu sous le nom de Texas Active Target Time Projection Chamber (TexAT TPC). Le matériau s'arrête à l'intérieur de ce détecteur rempli de dioxyde de carbone et se désintègre au bout d'une dizaine de millisecondes en émettant un positon et un neutrino (désintégration bêta-plus).

En implantant l'oxygène 13 dans le détecteur, un noyau à la fois et en attendant qu'il se désintègre, les chercheurs ont mesuré toutes les particules qui s'évaporent après la désintégration bêta à l'aide du TexAT TPC. Ensuite, ils ont analysé les données avec un programme informatique pour identifier les traces laissées par les particules dans le gaz. Cela leur a permis d'identifier les événements rares (qui ne se produisent qu'une fois sur 1 200 désintégrations) comme ceux où quatre des particules sont émises après une désintégration bêta.