Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers

L'aspect structurel du noyau atomique est régi par l'interaction entre les nucléons, protons et neutrons, liés par l'interaction forte. Ce système quantique à plusieurs corps est souvent décrit par un champ moyen nucléaire bâti sur une interaction effective nucléon-nucléon. Cette interaction est devenue de plus en plus élaborée à mesure que les données précises de spectroscopie s'accumulaient. Jusqu'aux années 80, ces données provenaient principalement des noyaux stables pour lesquels l'isospin, relié à la différence entre le nombre de protons et de neutrons, subit de faibles variations. La dépendance en isospin de l'interaction nucléaire effective n'est pas bien connue, ce qui réclame des études approfondies.

Depuis les années 90, avec le développement des installations de faisceaux radioactifs, des études détaillées de structure nucléaire, loin de la vallée de stabilité, ont été entreprises pour déterminer l'effet de grandes variations d'isospin, en particulier dans les noyaux légers.  Les études du noyau atomique ont largement progressé avec les découvertes des propriétés nucléaires nouvelles de certains noyaux instables, qui ont remis en cause les approches théoriques usuelles, élaborées principalement à partir de la structure des noyaux stables. Les noyaux radioactifs qui présentent ces propriétés nouvelles par rapport aux noyaux stables ont été qualifiés de noyaux exotiques.  Ces noyaux n'existent pas à l'état naturel sur Terre. 

Les théories, pour aller au-delà de la description standard en champ moyen, s'appuient sur de nouvelles données collectées sur les noyaux instables. Les physiciens de structure nucléaire ont pour objectifs de tester les prédictions et la validité des modèles nucléaires par l'étude expérimentale de noyaux soumis à des conditions extrêmes : limites de stabilité  aux drip-lines proton et neutron, en moment angulaire, déformation, en charge : noyaux très lourds et super-lourds.  La spectroscopie des noyaux exotiques est déduite de réactions nucléaires directes, et les déformations nucléaires sont obtenues par excitation Coulombienne ou décroissance électrons et gamma  du noyau composé, formé par réaction de fusion.

De nombreux phénomènes, non prédits par les modèles nucléaires actuels ont déjà été mis en évidence : la matière nucléaire très diffuse dans certains noyaux légers [larges extensions des densités de matière, constituant un halo (⁶He) ou une peau de neutrons (⁸He)], les résonances de basse énergie, la clustérisation d'alphas, de nouvelles formes de radioactivité, l'affaiblissement et la modification des effets de couches bien établie dans la vallée de stabilité (N=16 nouveau nombre magique dans le noyau de néon 26),... sont quelques exemples des nouveaux aspects fascinants du noyau qui ont surgi de ces études. 

Notre compréhension de la structure nucléaire progresse par échanges successifs entre la théorie et l'expérience.

Ces recherches sont menées au sein du groupe de Structure du Noyau en interaction avec les activités de l'Espace de Structure Nucléaire Théorique (ESNT).

Notre groupe mène les trois programmes suivants :

• spectroscopie des noyaux déformés,
• structure et spectroscopie des noyaux exotiques par réactions directes,
• spectroscopie de noyaux lourds et étude de la formation de noyaux superlourds.