La première mesure des corrélations de courte portée (SRC) dans un noyau exotique a eu lieu en mai 2022 avec l'instrument Cocotier installé à GSI à Darmstadt, en Allemagne. Cette expérience est une étape cruciale dans le programme qui a débuté en 2017 avec un financement de l'Agence Nationale de la Recherche qui a permis aux physiciens de construire une cible d'hydrogène liquide (voir FM précédent). L'objectif de cette expérience est de tester l'hypothèse que les nucléons peuvent former des paires compactes, les paires SRC. Cette campagne de mesure a permis de recueillir des données expérimentales pendant environ 60 heures avec un faisceau de 16C puis avec un faisceau 12C durant une quarantaine d’heures supplémentaires afin d'avoir une mesure de référence avec un faisceau stable bien étudié. L'équipe de l'Irfu a joué un rôle majeur dans la préparation et le déroulement de cette expérience, et est maintenant en charge de l'analyse des données avec le MIT, TU Darmstadt et l'équipe du LIP Lisbonne.
Le DPhN en collaboration avec le Département d'étude des réacteurs de la DES Cadarache et l'Institut de physique nucléaire et des particules de l'université Charles de Prague (Tchéquie) a étudié les propriétés des rayons gamma émis par les isotopes de l'uranium lors de réactions de capture de neutrons. Les spectres gamma mesurés auprès de l'installation n_TOF du CERN ont servi de banc de test des modèles de réactions nucléaires et de leurs ingrédients, notamment la fonction force radiative qui caractérise la capacité d'un noyau à émettre ou absorber des photons. Ce travail a permis une modélisation cohérente des fonctions forces radiatives de la chaîne isotopique de l'uranium (234U, 236U, 238U) et a confirmé la présence d'un mode d'oscillation particulier de la forme du noyau à basse énergie d'excitation. Cette étude a été réalisée dans le cadre de la thèse de doctorat de Javier Moreno-Soto [1] et les résultats complets sont publiés dans Physical Review C [2].
Après trois années d'interruption pendant LS2 (Long Shutdown 2), le grand collisionneur de hadrons LHC du CERN a redémarré officiellement le 5 juillet 2022 en produisant les premières collisions de protons à l'énergie record de 13,6 TeV (milliers de milliards d'électronvolts). Ce démarrage en douceur se poursuivra dans les semaines à venir avec un accroissement progressif de l’intensité des faisceaux. La troisième période de prise de données (Run 3) se déroulera sur 4 années et apportera une statistique inégalée. ALICE était au rendez-vous des premières collisions après une jouvence très importante de son électronique, de ses systèmes de lecture et d'acquisition ainsi que l'ajout de nouveaux détecteurs. L’Irfu est depuis longtemps fortement impliqué dans le spectromètre à muons vers l’avant d’ALICE, en particulier les chambres de trajectographie MCH (Muon Chambers), et maintenant également dans le nouveau trajectographe à pixel de silicium MFT (Muon Forward Tracker).
Les collisions d'ions lourds aux vitesses ultra-relativistes des grands accélérateurs de particules permettent de créer un plasma de quarks et de gluons, surprenant état de la matière obéissant aux lois des fluides presque parfaits pour 10 fm/c = 3 10−23s (c'est à dire avec une petite viscosité). Bien que cet état de la matière soit l'objet d'intenses études expérimentales, l'étude de l'émergence de ce fluide dans les collisions d'ions lourds à partir des gluons pendant le premièr fm/c échappe à l'exploration directe aujourd'hui. Au sein de la collaboration Gluodynamics du Labex Physique des 2 Infinis et des Origines (P2IO), des chercheurs de l'Irfu, de l'IPhT et de l'Université de Bielefeld (Allemagne) ont mis en évidence des observables sensibles aux premiers instants (≈ fm/c) de ces collisions d'ions lourds. Les résultats théoriques indiquent que la création des dileptons porte de l'information sur l'émergence de l'hydrodynamique et la création des quarks dans le plasma Quark gluon (PQG). La collaboration a abouti à une première publication dans Physics Letters B [1] et une deuxième a été soumise à Nuclear Physics A [2].
L'objectif visé dans la construction de la réalisation de sources compactes de neutrons à base d’accélérateurs à fort courant est de permettre de réaliser, sur ces sources, des expériences de diffusion de neutrons, avec pratiquement la même qualité que celles réalisées auprès des lignes neutrons issues de réacteurs de recherche de type Orphée*.
Ces sources sont réalisées à partir d'un faisceau de protons de moyenne énergie (3-50 MeV) et haut courant (~ 100 mA) frappant une cible d’un matériau léger comme le béryllium, qui émet alors des neutrons. Pour être utilisable de manière routinière, la cible doit pouvoir résister sur de longues durées à une forte irradiation sans perte de performance.
Les équipes de l'Irfu (DACM, DEDIP, DIS, DPhN) et du LLB réunies ont réalisé une cible béryllium implantée en sortie de l'injecteur de protons à haute intensité - IPHI (3 MeV) à Saclay. Ils montrent qu'avec ce dispositif il est possible d'obtenir l'intensité de neutrons nécessaire pour réaliser une expérience de diffraction dans un temps raisonnable, démontrant la compétitivité d'une telle source pour la diffusion de neutrons par rapport aux réacteurs nucléaires actuels de petite et moyenne puissance.
*Ancien réacteur de recherche de Saclay, aujourd'hui fermé.
L'objectif visé dans la construction de la réalisation de sources compactes de neutrons à base d’accélérateurs à fort courant est de permettre de réaliser, sur ces sources, des expériences de diffusion de neutrons, avec pratiquement la même qualité que celles réalisées auprès des lignes neutrons issues de réacteurs de recherche de type Orphée*.
Ces sources sont réalisées à partir d'un faisceau de protons de moyenne énergie (3-50 MeV) et haut courant (~ 100 mA) frappant une cible d’un matériau léger comme le béryllium, qui émet alors des neutrons. Pour être utilisable de manière routinière, la cible doit pouvoir résister sur de longues durées à une forte irradiation sans perte de performance.
Les équipes de l'Irfu (DACM, DEDIP, DIS, DPhN) et du LLB réunies ont réalisé une cible béryllium implantée en sortie de l'injecteur de protons à haute intensité - IPHI (3 MeV) à Saclay. Ils montrent qu'avec ce dispositif il est possible d'obtenir l'intensité de neutrons nécessaire pour réaliser une expérience de diffraction dans un temps raisonnable, démontrant la compétitivité d'une telle source pour la diffusion de neutrons par rapport aux réacteurs nucléaires actuels de petite et moyenne puissance.
*Ancien réacteur de recherche de Saclay, aujourd'hui fermé.
La résonance dipolaire pygmée (PDR) est un mode vibration du noyau qui apparaît dans les noyaux riches en neutrons. Elle est décrite comme l’oscillation d’une peau de neutrons contre un cœur symétrique en nombre de protons et de neutrons (Figure 1). La PDR a été le sujet de nombreuses études à la fois expérimentales et théoriques. En effet, l’étude de la PDR a suscité et suscite toujours beaucoup d’intérêt puisqu’elle permet de contraindre l’énergie de symétrie, un ingrédient important de l’équation d’état de la matière nucléaire qui décrit la matière au sein des étoiles à neutrons. De plus, la PDR est prédite comme pouvant jouer un rôle clé dans le processus-r (processus qui pourrait expliquer la synthèse des noyaux lourds) via l’augmentation du taux de capture neutronique. Cependant, malgré de nombreuses expériences dédiées à l’étude de la PDR, utilisant des faisceaux de particules chargées ou de gammas, une description cohérente n’a pas pu être extraite. Ainsi, de nouvelles approches expérimentales sont nécessaires pour mieux caractériser ce mode de vibration du noyau.
La première mesure des corrélations de courte portée (SRC) dans un noyau exotique a eu lieu en mai 2022 avec l'instrument Cocotier installé à GSI à Darmstadt, en Allemagne. Cette expérience est une étape cruciale dans le programme qui a débuté en 2017 avec un financement de l'Agence Nationale de la Recherche qui a permis aux physiciens de construire une cible d'hydrogène liquide (voir FM précédent). L'objectif de cette expérience est de tester l'hypothèse que les nucléons peuvent former des paires compactes, les paires SRC. Cette campagne de mesure a permis de recueillir des données expérimentales pendant environ 60 heures avec un faisceau de 16C puis avec un faisceau 12C durant une quarantaine d’heures supplémentaires afin d'avoir une mesure de référence avec un faisceau stable bien étudié. L'équipe de l'Irfu a joué un rôle majeur dans la préparation et le déroulement de cette expérience, et est maintenant en charge de l'analyse des données avec le MIT, TU Darmstadt et l'équipe du LIP Lisbonne.
Les nucléons (protons ou neutrons) sont les constituants du noyau des atomes. L’exploration de leur structure interne se fait traditionnellement par la mesure de "facteurs de forme". Ces quantités sont accessibles en étudiant les réactions de diffusion électron-proton et les réactions d’annihilation électron-positron en proton-antiproton (ou la réaction inverse d'annihilation proton-antiproton en électron-positron). Elles définissent la distribution de charge et de moment magnétique à l’intérieur du nucléon, induite par les quarks et les gluons qui les composent. Il y a dix ans, un modèle théorique donnant une vision originale de ces distributions a été proposée par une collaboration impliquant une physicienne de l'Irfu [1]. Depuis, l'accumulation de données expérimentales a permis de renforcer la validité de ce modèle, capable de donner une image du proton et un scénario pour la formation de matière hadronique avec une résolution spatio-temporelle encore jamais atteinte. On a accès à des phénomènes à une echelle spatiale au centième de femtomètre et temporelle de l’ordre de 10-25 s, ce qui est 100 fois inférieur au temps qui met la lumière pour traverser un proton. Ces résultats font l'objet d'une publication récente dans la revue Physical Review C [2].
Une nouvelle méthode permettant l’étude de la déformation des noyaux atomiques vient d’être mise au point en se basant sur le fait, récemment mis en lumière, que les expériences de collision nucléaire réalisées dans les collisionneurs à haute énergie, tels que le collisionneur d'ions lourds relativistes (RHIC) du BNL ou le grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, sont sensibles à la forme des isotopes mis en jeu dans les dites collisions. Ainsi, une collaboration entre théoriciens des hautes et basses énergies, dont des chercheurs de l'Irfu, a démontré qu'il est possible d'obtenir des informations quantitatives sur les déformations nucléaires et a montré que l'isotope 129Xe présente une forme triaxiale, c'est-à-dire un sphéroïde à trois axes inégaux. Ce résultat représente la première preuve de triaxialité pour un état fondamental nucléaire obtenue dans des expériences à haute énergie. En outre, il ouvre la voie à de futures recherches passionnantes à l'interface de la physique nucléaire de basse et haute énergies.
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Dernière mise à jour : 18-04-2024
