I – Le projet scientifique nombre de protons Z Z = 8 SPIRAL2 Phase 1 : Grâce à la fusion de noyaux de massse moyenne, des noyaux riches en protons tel 100 Sn seront accessibles Z = 20 Z = 28 N = 8 N = 20 N = 28 12 Reflets de la Physique n°59 SPIRAL2 Phase 1 + S 3 : Les intensités des faisceux primaires permettront au GANIL de devenir compétitif dans la course aux noyaux superlourds. Z = 50 N = 50 nombre de neutrons N N = 82 Z = 82 SPIRAL1 : Domaine actuel d’ions radioactifs produits par fragmentation N = 126 SPIRAL2 Phase 2 : Grâce à la fission, des noyaux exotiques riches en neutrons seront produits en quantité record N = 152 Ilot de stabilité (uranium, thorium) Ilot de stabilité de noyaux superlourds ? 1. Carte des noyaux en fonction de leurs nombres de protons (Z) et de neutrons (N), avec localisation des régions de noyaux radioactifs qui seront accessibles avec la future installation SPIRAL2 au GANIL. Les noyaux existant à l’état naturel, situés au voisinage de la « vallée de stabilité », sont représentés en rouge (s’ils sont accélérés au GANIL) ou en noir. Les noyaux exotiques produits ou qui seront produits au GANIL sont indiqués en vert. Pour comparaison, la région de noyaux radioactifs produits avec les installations actuelles du GANIL, dont SPIRAL1, est reportée. » > Au GANIL, l’exploration de la matière nucléaire a commencé en 1983. De très nombreux résultats obtenus depuis cette date ont fait progresser nos connaissances, mais il reste encore de grandes questions sur l’origine et les propriétés de la matière. Où et comment sont produits les atomes qui constituent notre monde ? Après le Big Bang originel, survenu il y a 13,8 milliards d’années, la matière alors présente s’est refroidie pour donner en germe les particules constituant les noyaux atomiques. Pour comprendre leur (nucléo)synthèse ainsi que leur abondance relative, il est nécessaire d’étudier les processus qui, dans les étoiles, permettent de produire des noyaux atomiques. Cette compréhension passe par l’étude de noyaux de synthèse, produits par collisions violentes entre noyaux stables, seuls disponibles sur Terre. Lors de la collision des faisceaux d’ions avec une cible, quelles informations pouvons-nous obtenir sur la forme des noyaux produits, l’organisation de leurs nucléons, ainsi que sur les interactions entre protons et neutrons au cœur de l’atome ? D’où provient l’existence des noyaux « magiques », particulièrement robustes lorsqu’ils possèdent certains nombres de neutrons ou de protons, et comment évoluent-ils lorsque les noyaux comptent un très grand excès des uns ou des autres ? Comment former des éléments encore plus lourds que l’oganesson, noyau contenant le plus grand nombre de protons (118) observé à ce jour ? Peut-on former des noyaux « superlourds », comportant plus de 120 protons ? Ces recherches passent par la production et l’observation de noyaux dits « exotiques », puisqu’absents naturellement de notre monde. Cette exploration, entamée il y a moins d’un siècle (Rutherford, Cockroft et Walton...), a déjà permis d’étudier près de trois mille noyaux exotiques (sans pour autant pouvoir tous les caractériser finement), alors que la théorie prédit l’existence de cinq à sept mille noyaux (fig. 1). Regardons la figure 1. Sur une ligne de nombre atomique Z donné (échelle verticale), lorsque partant de ces noyaux stables l’on parcourt l’échelle horizontale en diminuant le nombre de neutrons (« noyaux riches en protons ») ou en augmentant ce nombre (« noyaux riches en neutrons ») , on obtient un noyau de plus en plus « exotique ». À mesure que l’on s’éloigne de la « vallée de stabilité », produire un noyau devient de plus en plus difficile, et |
