Structure de la matière nucléaire

L’Irfu conduit des recherches fondamentales, principalement expérimentales mais aussi théoriques, sur les nucléons et les noyaux, briques élémentaires de la matière dont la cohésion est assurée par l’interaction forte.

 

L'interaction forte se manifeste à deux échelles successives. La première est celle des assemblages de quarks et de gluons, qu’ils soient déconfinés dans un plasma ou liés dans le nucléon et dans d'autres hadrons. La seconde concerne les assemblages de nucléons qui constituent les noyaux des différents atomes. L’objectif de l’Irfu est l’approfondissement de nos connaissances sur ces systèmes, ainsi que la découverte d'états extrêmes de la matière nucléaire :

  • dans des conditions extrêmes de température et d'énergie, nucléons et noyaux peuvent perdre leur identité pour donner naissance à un plasma de quarks et de gluons, que l'on cherche à mettre en évidence;
  • les noyaux dans des conditions extrêmes d’isospin (fonction de N-Z), de spin, de charge Z, de déformation : noyaux exotiques et superlourds.

 

 
Structure de la matière nucléaire

Figure du haut : le diagramme (densité nucléaire, température) de la matière nucléaire; en bas : la table des noyaux.

Maj : 26/03/2018 (12)

Programmes
L’étude des réactions nucléaires s’attache à décrire les mécanismes et les processus d’évolution de la matière nucléaire lorsque celle-ci est soumise à une modification de son état. Cette modification peut survenir après une excitation externe (par exemple la capture d’un neutron) ou interne (par exemple la transmutation d’un de ses constituants par interaction faible).
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.
L’interaction entre quarks et gluons est décrite par la théorie de la Chromodynamique Quantique (QCD). Cette interaction, dite forte, les confine à l'intérieur des protons, neutrons et autres hadrons. Lorsqu’un hadron est cassé, les quarks et les gluons le constituant, au lieu de se libérer, se recombinent avec d'autres quarks et gluons fraichement crées pour en former de nouveaux hadrons aux propriétés différentes.
Le DPhN est fortement engagé dans l’étude de la structure en partons (quarks et gluons) des particules, et en premier lieu, des protons et neutrons. Ces nucléons sont un cas singulier en physique car environ 90 % de leur masse est due non à la masse de leurs constituants, mais à l’interaction forte à laquelle ils sont soumis.

 

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