Les isotopes d'étain les plus lourds permettent de mieux comprendre la synthèse des éléments
Une équipe internationale de chercheurs, dirigée par des scientifiques du GSI/FAIR à Darmstadt, en Allemagne, a étudié la nucléosynthèse du processus r dans le cadre de mesures effectuées au centre de recherche canadien TRIUMF à Vancouver. Au centre de ces travaux se trouvent les premières mesures de masse de trois isotopes d'étain extrêmement riches en neutrons : l'étain-136, l'étain-137 et l'étain-138. Les résultats sont publiés dans la revue Physical Review Letters.
Le Dr. Ali Mollaebrahimi inspecte l'installation MR-TOF-MS à TRIUMF au Canada.
© Coulter Walls
Les mesures de haute précision, combinées aux calculs du réseau de nucléosynthèse, permettent de mieux comprendre comment les éléments lourds se forment dans l'univers, notamment par le processus de capture rapide de neutrons (processus r) qui se produit dans les fusions d'étoiles à neutrons. Les données révèlent l'énergie de séparation des neutrons, qui définit la trajectoire du processus r sur la carte nucléaire. L'étude a révélé des changements inattendus dans le comportement des noyaux d'étain au-delà du nombre magique de neutrons N=82, notamment une réduction de l'effet d'appariement des deux derniers neutrons.
"Ces changements pourraient affecter la trajectoire du processus r sur la carte nucléaire dans son ensemble et même modifier la limite de stabilité dans cette région de la carte des nucléides. En combinant ces mesures de masse, de nouvelles capacités de production d'isotopes et des calculs théoriques de pointe, ce travail améliore notre compréhension des forces nucléaires loin de la vallée de stabilité", explique le Dr Ali Mollaebrahimi, premier auteur de la publication et porte-parole de l'expérience. Il a récemment été nommé chercheur FAIR dans le département GSI/FAIR "FRS/Super-FRS Experiments" et travaille en étroite collaboration avec les départements "Structure nucléaire et Astrophysique", ainsi qu'avec le groupe IONAS de l'université Justus Liebig (JLU) de Giessen.
Un spectromètre de masse à temps de vol à réflexion multiple (MR-TOF-MS) - développé par des chercheurs du groupe IONAS et de GSI/FAIR et adapté aux possibilités spécifiques de l'installation TITAN à TRIUMF - joue un rôle clé dans la réussite des mesures, de même que les faisceaux secondaires disponibles à TRIUMF, qui fournissent les rendements les plus élevés d'isotopes exotiques. Un nouveau type de cible de réaction a également été utilisé.
"Cette réalisation marque une étape importante rendue possible par une collaboration à long terme entre les scientifiques de plusieurs groupes de recherche en Allemagne et au Canada", déclare le Dr Timo Dickel, chef du groupe de recherche GSI/FAIR "Noyaux exotiques thermalisés" auquel appartient également Mollaebrahimi. "Le MR-TOF-MS a été installé et mis en service au Canada pour les premières expériences en 2017. Au cours de cette seule année, la collaboration fructueuse a donné lieu à deux autres publications de haut niveau sur la synthèse des éléments et la structure nucléaire. Par le passé, le spectromètre de masse a permis la découverte de l'isotope ytterbium-150, marquant la première découverte d'un isotope avec un MR-TOF-MS."
Les résultats présentés dans cette publication constituent une contribution importante aux activités de la phase 0 de FAIR, dans le cadre de laquelle de jeunes chercheurs sont formés aux futurs outils d'expérimentation des collaborations MATS et Super-FRS au sein de l'installation FAIR.
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