Des preuves solides de l’existence d’un nouvel isotope léger de l’azote

Avec seulement deux neutrons pour ses sept protons, l’azote-9 représente le premier cas connu d’un noyau qui se désintègre en émettant cinq protons à partir de son état fondamental. Robert Charity, professeur-chercheur en chimie en arts et sciences à l’Université de Washington à Saint-Louis, a décrit le nouvel isotope léger de l’azote dans un nouvel article publié dans Lettres d’examen physique.

Le nucléide hautement éphémère Azote-9 est situé sur le bord riche en protons de la carte des nucléides et est proche de la limite de ce qui peut être considéré comme un état nucléaire. Charity et ses collaborateurs ont obtenu les preuves expérimentales de l’azote 9 à partir des données collectées au Laboratoire national du cyclotron supraconducteur.

L’azote 9 peut être considéré comme cinq protons non liés qui entourent une particule alpha (un groupe étroitement lié de deux protons et de deux neutrons). Cet ensemble est brièvement maintenu ensemble par leurs interactions mutuelles. Les protons non liés sont libérés par étapes, avec un premier proton unique s’échappant suivi de l’émission simultanée d’une première, puis un peu plus tard, d’une deuxième paire de protons.

“La désintégration de l’azote 9 est comme l’ouverture d’un ensemble de poupées gigognes : chaque désintégration révèle un autre nucléide, qui se désintègre également par l’émission d’un seul ou de deux protons”, a déclaré Charity. “L’existence d’un système aussi exotique est un bon test de la mécanique quantique des systèmes à N corps ouverts ou non liés.” Cet effort de recherche collaboratif dirigé par WashU comprenait des théoriciens des systèmes quantiques ouverts de l’Université d’État du Michigan et de l’Université Fudan en Chine.

Parallèlement à leur description de l’azote-9, Charity et son collaborateur Lee Sobotka, professeur de chimie et de physique aux Arts et Sciences, ont publié un article dans Examen physique C qui décrit comment analyser les types d’expériences qui donnent des résultats sur des noyaux véritablement exotiques.

“Les éléments que nous avons autour de nous sont créés via un ensemble de mécanismes qui fonctionnent à travers des intermédiaires que nous n’avons pas autour de nous”, a déclaré Sobotka. “Ces intermédiaires sont instables et ont souvent des rapports neutrons/protons très inhabituels. Notre travail implique à la fois la reconstruction de la structure de ces noyaux et la production de réactions.”

Connaître ces configurations nucléaires instables et les réactions qui les produisent permet aux scientifiques de comprendre pourquoi nous avons les isotopes qui existent sur Terre, et pourquoi certains sont abondants et d’autres rares.