Des chercheurs américains ont utilisé une nouvelle méthode innovante pour créer, piéger et étudier l'isotope hélium-8 insaisissable. Grâce à l'utilisation d'un «piège à laser», les physiciens du laboratoire national d'Argonne du département américain de l'Énergie ont cartographié avec précision la distribution de l'atome et pourraient nous aider à comprendre la science derrière les étoiles à neutrons exotiques.
Alors, comment «piéger» un isotope de l'hélium-8? La réponse est loin d'être simple, mais le physicien argonnais Peter Mueller a trouvé une solution. En utilisant l'installation de cyclotron GANIL dans le nord de la France, des isotopes d'hélium-4, 6 et parfois d'hélium-8 peuvent être générés. C'est l'un des seuls cyclotrons au monde à avoir suffisamment d'énergie pour générer l'isotope hélium-8. Tout cela crée très bien la particule, mais pour séparer l'hélium-8 de ses autres frères et sœurs d'isotope d'hélium, il faut une «prison» laser intelligente et très précise pour que l'isotope d'hélium plus lourd tombe, tout en permettant à l'autre, plus léger, d'isotopes de voler tout droit.
Agissant comme les «barreaux» des portes de la prison, six lasers sont alignés avec précision à un tel espacement que seuls les isotopes ayant les dimensions de l'hélium-8 sont piégés. Une fois aligné, l'hélium-8 tombera entre eux, et si l'isotope essaie de s'échapper, les forces de répulsion maintiennent l'isotope immobile. Une fois que suffisamment de temps est laissé passer (environ un atome d'hélium-8 est généré toutes les deux minutes), l'équipe tire deux autres lasers au milieu à la même fréquence que la fréquence de résonance de l'hélium-8. Si la prison laser brille, de l'hélium-8 a été capturé.
La forme d'hélium stable la plus courante a deux protons et deux neutrons. L'hélium peut également avoir deux instable isotopes, hélium-6 (quatre neutrons) et hélium-8 (six neutrons). Dans les isotopes instables, les neutrons supplémentaires forment un "halo" autour du noyau central compact (illustré ci-dessus). L'hélium-6 a un halo contenant deux neutrons et l'hélium-8 a un halo de quatre neutrons. Dans le halo contenant deux neutrons, l'hélium-6 a une «oscillation» distincte car les neutrons du halo s'organisent de manière asymétrique autour du noyau (c'est-à-dire qu'ils se regroupent). Ce déséquilibre éloigne le centre de l'équilibre du noyau et plus vers la paire de neutrons du halo. L'hélium-8, quant à lui, oscille moins lorsque les quatre neutrons du halo s'organisent de manière plus symétrique autour du noyau. Le piège à laser est la seule méthode connue pour piéger un atome d'hélium-8, et pour cette raison, la structure de son halo peut enfin être analysée avec un degré de précision aussi élevé.
Mesurer les caractéristiques de l'hélium-8 est compliqué par sa radioactivité. L'hélium-8 a une demi-vie de seulement un dixième de seconde, donc toutes les mesures de l'atome doivent être prises instantanément lorsque la «lueur de prison» est détectée. Les mesures sont donc prises «en ligne», ce qui est une tâche difficile en soi.
La détection de l'isotope rare de l'hélium-8 est une étape majeure pour les physiciens des particules et les astrophysiciens. Il est important de comprendre comment l'hélium se configure après sa production à partir d'un accélérateur de particules, mais il est également utile pour comprendre les propriétés des corps cosmiques tels que les étoiles à neutrons. Les implications de l'expérience Argonne seront utiles à mesure que de meilleures observations spectroscopiques seront disponibles afin que la signature de la structure de l'hélium-8 puisse être détectée ailleurs que sur Terre.
Source: Physorg.com
