L’oxygène 28 est l’isotope d’oxygène le plus lourd jamais observé

L’oxygène 27 et l’oxygène 28 sont les isotopes d’oxygène les plus lourds jamais créés. Cependant, les premières expériences suggèrent que l’oxygène 28 ne possède pas les propriétés « doublement magiques » prévues qui lui confèreraient une stabilité inhabituelle par rapport aux autres isotopes.

L’étude des isotopes présentant des rapports neutrons/protons inhabituels peut fournir aux chercheurs un aperçu unique de la structure des noyaux atomiques. Les noyaux qui possèdent un « nombre magique » de protons ou de neutrons, dans lesquels ces nucléons sont disposés en coques complètes, sont particulièrement intéressants. Les noyaux à coque fermée de protons ou de neutrons ont tendance à être particulièrement stables. Un noyau avec un nombre magique de protons et de neutrons est appelé doublement magique et ces atomes sont connus pour être exceptionnellement stables.

Une équipe de recherche internationale dirigée par Yosuke Kondo, de l’Institut de technologie de Tokyo, a entrepris d’étudier ces phénomènes à l’aide de l’accélérateur de particules le plus puissant au monde, au Centre Riken Nishina au Japon. Avec 20 neutrons et huit protons, l’oxygène 28 serait l’isotope d’oxygène le plus lourd jamais créé et devrait avoir des propriétés doublement magiques. Les chercheurs étaient impatients de voir si ces caractéristiques seraient maintenues, étant donné le rapport neutrons/protons très élevé de l’oxygène 28.

L’équipe a fabriqué l’isotope en bombardant un ensemble de feuilles de béryllium avec du calcium-48, provoquant la fragmentation des noyaux de calcium. Les noyaux de fluor 29, qui possèdent le même nombre de neutrons que l’oxygène 28, ont été séparés des produits résultants puis tirés sur une cible d’hydrogène liquide. Cette collision a provoqué la perte d’un proton de certains noyaux de fluor-29, produisant ainsi des noyaux d’oxygène-28.

Mais malgré son nombre de protons et de neutrons, les chercheurs ont découvert que l’oxygène 28 ne semble pas posséder la stabilité que l’on pourrait attendre d’un noyau doublement magique. Au lieu de cela, les noyaux semblent se former seulement de manière éphémère, avant de perdre quatre neutrons pour se désintégrer en oxygène 24. Cela suggère que les noyaux n’ont pas réellement de coquilles de neutrons fermées et soulève des questions intrigantes sur les écarts d’énergie prévus entre les coquilles de neutrons.

Pour mener à bien leurs travaux, les chercheurs ont développé une configuration expérimentale de pointe pour la détection directe de plusieurs neutrons. Ils notent que cette avancée dans la spectroscopie de désintégration multineutronique « ouvre de nouvelles perspectives dans l’étude d’autres systèmes extrêmement riches en neutrons ».