Élargir la frontière des noyaux superlourds
Découverte d'un nouvel isotope du seaborgium
Une équipe de recherche internationale dirigée par le GSI/FAIR, l'université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) et l'institut Helmholtz de Mayence (HIM) a réussi à produire un nouvel isotope du seaborgium. Lors de l'expérience menée dans les installations de l'accélérateur GSI/FAIR, 22 noyaux de seaborgium-257 ont pu être détectés. Les résultats ont été publiés dans la revue Physical Review Letters et ont fait l'objet d'une "suggestion de l'éditeur".
Avec ce nouvel ajout, 14 isotopes de l'élément superlourd artificiel seaborgium (numéro atomique 106) sont désormais connus. Pour produire le seaborgium-257, un faisceau intense de chrome-52 provenant de l'accélérateur linéaire GSI/FAIR UNILAC a frappé des cibles de plomb-206 de haute qualité. Grâce au système de détection très efficace du séparateur à recul rempli de gaz TASCA (TransActinide Separator and Chemistry Apparatus), 22 désintégrations de noyaux de seaborgium-257 ont été détectées au total : 21 événements de fission et une désintégration alpha. La demi-vie du nouvel isotope, situé juste à côté de la lacune de la coquille neutronique renforcée à 152, est de 12,6 millisecondes.
"Nos résultats sur le seaborgium-257 fournissent des indications intéressantes sur l'impact des effets de coquille sur les propriétés de fission des noyaux super-lourds. En conséquence, il est possible que le prochain isotope plus léger et encore inconnu - le seaborgium-256 - subisse une fission dans un laps de temps très court allant d'une nanoseconde à six microsecondes", déclare le Dr Pavol Mosat, premier auteur de la publication du département de recherche GSI/FAIR sur la chimie des éléments superlourds (SHE Chemistry).
La limite supérieure de cette gamme de demi-vie attendue est proche ou même juste en dessous des capacités expérimentales actuelles - à moins qu'un état dit isomérique K existe. Ces états excités, stabilisés par des effets quantiques, présentent des durées de vie de fission plus longues et ouvrent une porte indirecte vers les noyaux à courte durée de vie. Récemment, la découverte du rutherfordium-252 60-ns par l'intermédiaire de son état isomérique K à plus longue durée de vie a permis de faire des progrès significatifs vers la frontière de la stabilité. L'exploration de la frontière isotopique pour l'élément seaborgium est une continuation naturelle de ces expériences, cartographiant la côte de l'île de stabilité des noyaux super-lourds.
Jusqu'à présent, aucun état isomérique K n'a été observé dans les isotopes du séaborgium. Cependant, dans la présente expérience, l'équipe de recherche a également irradié une cible de plomb-208 et a observé des preuves solides de la présence d'un état isomérique K dans le seaborgium-259. "Nos résultats sur la présence d'un état isomérique K dans le seaborgium-259 ouvrent la voie à l'exploration du phénomène d'isomérie K dans d'autres isotopes du seaborgium et à la synthèse de l'isotope à courte durée de vie seaborgium-256, si un état isomérique K à longue durée de vie existe également dans ce noyau", a déclaré le Dr Khuyagbaatar Jadambaa, responsable du programme expérimental correspondant de GSI/FAIR.
"Ce travail est un excellent exemple des efforts de collaboration entre différents départements du GSI/FAIR - outre le département SHE Chemistry, les départements Experiment Electronics et Target Laboratory ont été impliqués - et nos instituts partenaires internationaux", déclare le professeur Christoph E. Düllmann, chef du département SHE Chemistry au GSI/FAIR, professeur à l'université JGU et directeur du HIM. "La poursuite de l'exploration de la stabilité et des propriétés des noyaux superlourds en collaboration avec nos partenaires nationaux et internationaux restera un domaine de recherche important pour notre équipe de chercheurs."
Outre GSI/FAIR, JGU et HIM, l'université de Jyväskylä, en Finlande, l'Advanced Science Research Center de l'Agence japonaise de l'énergie atomique, au Japon, et l'Indian Institute of Technology Roorkee, en Inde, collaborent également à l'expérience.
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Publication originale
P. Mosat, J. Khuyagbaatar, J. Ballof, R. A. Cantemir, D. Dietzel, Ch. E. Düllmann, K. Hermainski, F. P. Heßberger, E. Jäger, B. Kindler, J. Krier, N. Kurz, B. Lommel, S. Löchner, M. Maiti, T. K. Sato, B. Schausten, J. Uusitalo, P. Wieczorek, A. Yakushev; "Probing the Shell Effects on Fission: The New Superheavy Nucleus 257Sg"; Physical Review Letters, Volume 134, 2025-6-11
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