Les scientifiques ont enfin détecté de l'oxygène-28. Sa instabilité les a surpris.

Un «nombre magique» de la physique pourrait ne pas être si magique après tout.

En utilisant un puissant accélérateur de particules, des chercheurs ont repéré une variante elusive de l'oxygène pour la première fois. L'isotope, l'oxygène-28, était prédit pour être stable grâce à ses huit protons et à ses 20 neutrons - les «nombres magiques» associés à une stabilité supplémentaire dans les noyaux atomiques. Mais les premières observations de l'oxygène-28, rapportées dans la revue Nature du 31 août, révèlent qu'il est plus éphémère que durable : ses noyaux s'effondrent après environ un zeptoseconde (soit 0,000000000000000000001 seconde).

Cette découverte « a été une grande surprise », déclare le physicien Rituparna Kanungo de l'Université Saint Mary de Halifax, au Canada, qui n'a pas participé à l'étude. « Nous avons plusieurs théories de pointe qui ont tenté de prédire et d'expliquer à quoi devrait ressembler l'oxygène-28 », déclare Kanungo, mais « aucune d'entre elles n'est en mesure d'expliquer [les observations]. »

Les noyaux atomiques sont composés de protons et de neutrons, chacun occupant leur propre « coquilles » - des niveaux d'énergie distincts séparés par de grandes différences d'énergie. Les noyaux atomiques avec des coquilles externes pleines sont liés de manière extra étroite, ce qui les rend très stables. Les coquilles se remplissent lorsqu'elles atteignent deux, huit, 20, 28, 50, 82 et 126 particules subatomiques (SN : 9/10/13).

Les atomes d'un élément particulier ont un nombre fixe de protons mais peuvent avoir un nombre variable de neutrons. Par exemple, l'air que nous respirons contient l'isotope oxygène-16, qui a huit protons et huit neutrons. Cela le rend « doublement magique » et extraordinairement stable. L'oxygène-28, doublement magique avec ses 20 neutrons et huit protons, était également censé être stable.

Trouver l'isotope a nécessité une combinaison de force brute et d'élégance expérimentale. Le physicien Yosuke Kondo de l'Institut de technologie de Tokyo et ses collègues ont utilisé un accélérateur de particules pour bombarder des atomes de calcium-48 contre une cible de béryllium. Cela a fragmenté les atomes de calcium-48 en isotopes plus légers, y compris le fluor-29. Lancer le fluor-29 contre une cible d'hydrogène liquide a fait sauter un seul proton, produisant de l'oxygène-28.

Contrairement aux attentes, l'oxygène-28 s'est presque immédiatement désintégré. Comme un seau rempli de trop de balles, son noyau surchargé a débordé, perdant quatre neutrons et laissant l'oxygène-24 derrière. En détectant simultanément ces produits de désintégration, les scientifiques ont montré qu'ils avaient fabriqué de l'oxygène-28.

L'instabilité surprenante de l'oxygène-28 laisse entendre qu'il manque quelque chose dans les théories actuelles des scientifiques sur la force nucléaire forte, qui lie les protons et les neutrons dans les noyaux atomiques. « Je pense que cela va probablement déclencher beaucoup de développements théoriques », déclare Kanungo. « Cela souligne à nouveau cette tâche très difficile de comprendre complètement la force la plus puissante de la nature. »

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