Département de Physique Nucléaire

 
Des physiciens nucléaires du CEA/Irfu, en collaboration d’autres laboratoires¹ ont réalisé en mars 2012 à Jyväskylä en Finlande, la première spectroscopie du noyau Mendélévium (²⁵¹ Md) combinant la détection des électrons et des gammas grâce au spectromètre SAGE. Grâce à cette nouvelle technique, cette expérience a révélé pour la première fois des états jusqu’alors inaccessibles du ²⁵¹Md, noyau de masse extrême qui contient 101 protons.
Cette même collaboration, a réussi une autre première mondiale en effectuant la spectroscopie gamma du noyau super-lourd, le Rutherfordium (²⁵⁶Rf) possédant 104 protons. Les résultats ont fait l’objet d’une publication dans le journal Physical  review letters (Phys. Rev. Lett. 109, 012501 - 2012)
Ces résultats ouvrent des perspectives nouvelles dans l'exploration des états extrêmes de la matière dont on ne connait pas les propriétés, dans la course aux éléments super-lourds et dans la localisation d'un « îlot de stabilité ».
 

¹ en collaboration avec le CSNSM Orsay, GSI Darmstadt, l’IPHC Strasbourg, les universités de Jyväskylä et de Liverpool 

La problématique des superlourds

L’élément le plus lourd présent significativement sur Terre est l’uranium, qui a 92 protons. Mais les hommes ont réussi à produire en laboratoire des éléments plus lourds, jusqu’à 118 protons.

Pour expliquer l’existence de ces noyaux extrêmes, les modèles théoriques font appel à des effets de couches quantiques qui renforcent la stabilité du noyau dans une zone, appelée « l’îlot de stabilité », autour d’un nombre de protons et de neutrons donné. Cette stabilisation permet au noyau de résister à la fission qui a tendance à briser des noyaux aussi massifs.

Toutefois, les modèles sont en désaccord sur la position et l’étendue de cet îlot, localisé selon les cas entre 114 et 126 protons ainsi qu’entre 172 et 184 neutrons. Dans cet îlot, les temps de vie des noyaux pourraient être de plusieurs années. Expérimentalement, il est très difficile de synthétiser et d’étudier ces noyaux : les probabilités de production sont très faibles car dans l’écrasante majorité des cas, ces noyaux fissionnent très rapidement en deux noyaux plus légers. Il faut plusieurs mois, avec les accélérateurs les plus intenses, pour produire ne serait-ce qu’un seul atome qui survive assez longtemps pour être détecté.
 

La 25^e conférence internationale bisannuelle de physique des neutrinos vient de se tenir à Kyoto au Japon au début du mois de juin 2012. Les nouvelles mesures du troisième angle de mélange de la matrice des neutrinos, θ₁₃, ont tenu la vedette et c’est une pluie fertile de résultats expérimentaux qui s’est abattue sur la conférence.

Le projet Double-Chooz a produit en fin 2011 le rapport technique de conception de son deuxième détecteur. C’est un document de référence qui définit chacun des lots techniques du détecteur et leurs interfaces. Ce document sous la coordination technique de l’Irfu est le fruit d'un travail des 35 instituts du projet, nécessitant de ce fait des échanges techniques efficaces. Une revue technique les 12 et 13 janvier 2012 à Saclay est venue parachever ce travail.  l’objectif est à présent d’assembler ce détecteur deux fois plus vite que le premier pour qu'il soit opérationnel début 2013.

Rappel du contexte de l'expérience

Le projet Double-Chooz, constitué de deux détecteurs identiques, a pour objectif de mesurer la valeur de l’angle de mélange θ₁₃ caractérisant l’oscillation des anti-ν_e provenant des réacteurs nucléaires situés à la centrale de Chooz dans les Ardennes. Un premier détecteur (dit « lointain » car situé à 1 km des cœurs) a été réalisé et est en fonctionnement depuis plus d’un an maintenant (actualité de décembre 2010 ).

La réalisation d’un deuxième détecteur (dit « proche », à 400 m des cœurs) est nécessaire afin d’améliorer la qualité de la mesure en diminuant les erreurs systématiques.

D’autres expériences sont aussi en quête de la valeur de l’angle de mélange θ₁₃. Le projet complémentaire T2K au Japon,  mais aussi deux expériences de conception très similaire à Double-Chooz, celles situées sur le site de Daya Bay (Chine) et RENO (Corée).

"Après la présentation des premiers résultats de Double Chooz en fin d’année 2011 (actualité de novembre 2011), il faut donc faire vite pour maintenir notre place dans la détermination précise de la valeur de θ_13." assure Christian Veyssière, chef de projet de l'expérience Double chooz à l'Irfu.