Les physiciens ont un premier aperçu de l'isotope insaisissable de l'azote-9.

Des chercheurs viennent peut-être de repérer pour la première fois le noyau éphémère et insaisissable de l'azote-9.

Avec sept protons et deux neutrons, le noyau atomique dissymétrique de l'azote-9 repousse les limites de ce qui peut être considéré comme un noyau. Pourtant, des indices de son existence semblent se cacher dans des données datant de plusieurs années provenant d'expériences menées sur un autre noyau inhabituel, rapportent les chercheurs dans le numéro du 27 octobre de Physical Review Letters.

Si des études de suivi peuvent confirmer cette détection, l'azote-9 serait le premier noyau repéré avec cinq protons de plus que ce qu'il peut contenir de manière stable, alors que jusqu'à présent la limite était de quatre.

« Quelles sont les limites de l'existence nucléaire ? » demande le physicien nucléaire Andreas Heinz de l'Université de technologie Chalmers à Göteborg, en Suède, qui n'a pas participé à l'étude. C'est ce que les auteurs de l'étude et les physiciens en général essaient de comprendre, dit-il.

Les protons et les neutrons, les particules subatomiques qui constituent les noyaux atomiques, sont essentiellement collés ensemble par la force nucléaire forte (SN : 13/09/22). Mais cette force ne peut pas maintenir ensemble des noyaux qui présentent des ratios extrêmement déséquilibrés de protons et de neutrons. Un excès de l'une ou l'autre particule, en particulier les protons, qui se repoussent mutuellement en raison de leurs charges positives, ferait déborder le seau nucléaire.

Au-delà de ce point de débordement, que les physiciens appellent la « ligne de goutte », les noyaux ne peuvent pas lier pleinement leurs particules.

« Les gens parlent de la ligne de goutte comme étant quelque chose comme la fin de l'existence des noyaux », explique Marek Płoszajczak, physicien nucléaire au Grand accélérateur national d'ions lourds de Caen, en France, qui n'a pas participé à l'étude.

Mais les noyaux existent au-delà de la ligne de goutte, même si c'est éphémère (SN : 15/11/21). Pour être qualifiés de noyaux, quelques protons et neutrons doivent rester ensemble pendant environ 10 à la puissance -22 secondes, un laps de temps si court que plus de ces moments s'inscrivent dans une seconde que de secondes dans l'âge de l'univers. Bien que Heinz note que cette définition est quelque peu arbitraire et repose principalement sur une seule étude antérieure.

Les scientifiques qui recherchent des noyaux au-delà de la ligne de goutte mettent cette définition à l'épreuve. « Nous nous intéressons à la limite jusqu'à laquelle vous pouvez aller avant de ne plus considérer ces choses comme des nouveaux noyaux », explique le physicien nucléaire Robert Charity de l'Université de Washington à St. Louis.

Trouver un noyau aussi éloigné de la ligne de goutte que l'azote-9, avec cinq protons en plus, a été une surprise même pour l'équipe de Charity. Jusqu'à présent, les scientifiques n'avaient trouvé que des isotopes jusqu'à quatre protons au-delà de la ligne de goutte.

Les atomes d'un élément donné ont chacun un nombre fixe de protons. Mais le nombre de neutrons peut varier, créant ce qu'on appelle les isotopes de cet élément (SN : 14/09/23). Charity et ses collègues cherchaient un isotope de l'oxygène, l'oxygène-11, en bombardant des faisceaux puissants de noyaux d'oxygène-13 sur des cibles de béryllium et en mesurant les produits de désintégration des noyaux à durée de vie courte produits lors de la collision.

Des années après l'expérience, Charity dit avoir remarqué des produits de désintégration dans les données qui semblaient provenir de noyaux d'azote-9. Ses collègues théoriciens ont ensuite confirmé que les produits de désintégration pouvaient réellement provenir de l'isotope. Celui-ci dure environ 10 à la puissance -21 secondes, soit environ 10 fois plus longtemps que la durée minimale, selon Charity.

La force statistique de la preuve en faveur de l'azote-9 se situe juste sur le fil du rasoir de ce que les scientifiques considéreraient comme une découverte. Mais l'équipe dispose vraiment de « preuves solides » en faveur de l'azote-9, déclare Heinz. « Pour moi, cela paraît vraiment convaincant ». Et, ajoute-t-il, cette possible découverte devrait être une nouvelle rassurante pour les expérimentateurs à la recherche d'autres isotopes au-delà de la ligne de goutte.

Et qu'en est-il des théoriciens ? Płoszajczak déclare que le nouveau résultat devrait les inciter à améliorer leurs modèles de noyaux au-delà de la ligne de goutte, qui sont encore plutôt limités. « Ces expériences montrent que la vie du noyau s'étend bien au-delà de la ligne de goutte. »

Lorsqu'il s'agit de l'azote-9, l'expérience a devancé la théorie. Mais de meilleures théories pourraient permettre de commencer à chercher délibérément des noyaux « gouttants », ce qui faciliterait ensuite la vérification des théories. Quand cela se produira, explique Płoszajczak, « nous commencerons à avoir une discussion - un dialogue avec la nature. Alors, je pense que tout le domaine explosera. Nous en sommes donc qu'au début. »

Cet article a été soutenu par des lecteurs comme vous. Investissez aujourd'hui dans un journalisme scientifique de qualité en faisant un don.