Le tétranucléon, un noyau atomique composé de quatre neutrons, suscite un vif débat parmi les scientifiques dans l’univers assez mystérieux des particules subatomiques. Cette quête pour comprendre et observer le tétranucléon pourrait ouvrir de nouvelles perspectives sur les propriétés des noyaux atomiques et répondre à une question fondamentale : un système multineutron neutre peut-il exister ?
Le tétranucléon est un noyau atomique qui, contrairement à la plupart des noyaux atomiques composés d’une combinaison de protons et de neutrons, est constitué uniquement de neutrons. Sa possible existence a été le sujet de nombreuses discussions scientifiques, principalement en raison de notre manque de connaissances sur les systèmes composés uniquement de neutrons.
Deux études expérimentales récentes ont signalé la présence de tétranucléons dans un état lié et un état résonant (un état qui se désintègre avec le temps mais qui dure suffisamment longtemps pour être détecté expérimentalement).
Les études théoriques indiquent en revanche que les tétranucléons n’existeront pas dans un état lié si les interactions entre les neutrons sont régies par notre compréhension commune des forces nucléaires à deux ou trois corps.
Une Recherche Innovante
Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur associé Hiroyuki Fujioka de l’Institut de Technologie de Tokyo a entrepris d’explorer la possibilité d’émission de tétranucléons liés. Dans leur étude récente publiée dans Physical Review C, l’équipe a exploré le taux d’émission possible de tétranucléon stable par fission induite par neutron thermique de 235U (Uranium-235) dans un réacteur nucléaire.
Le Dr Fujioka explique : « Nous savons grâce à la littérature précédente que le processus de fission thermique dominant pour 235U est la fission binaire, qui conduit à l’émission de deux fragments nucléaires lourds avec 2,4 neutrons en moyenne. Mais il y a une probabilité de 0,2% de fission ternaire, dans laquelle des fragments nucléaires légers sont émis. Nous avons donc choisi cette voie pour notre expérience en supposant que le tétranucléon hypothétiquement lié pourrait être une particule ternaire dans la fission de l’uranium. »
Méthodologie et Résultats
L’équipe a adopté la méthode bien connue d’analyse par activation neutronique instrumentale, où un élément trace dans un échantillon choisi est irradié et activé par la capture de neutrons thermiques.
Pour cette étude, 88SrCO3 a été choisi comme échantillon cible et a été irradié pendant deux heures à une puissance thermique de 5 MW dans un réacteur de recherche nucléaire. L’équipe a également effectué une spectroscopie γ pour l’échantillon irradié afin de détecter les signaux correspondant à une possible émission de tétranucléon.
Les noyaux de 88Sr étaient censés se convertir en 91Sr avec une valeur Q (changement de masse entre les états initial et final d’une réaction exprimé en unités d’énergie) de 20 MeV moins l’énergie de liaison du tétranucléon. Comme 91Sr est instable, sa désintégration radioactive suivie de la libération de γ-rays indiquerait l’émission de tétranucléons stables.
Toutefois, les résultats de la spectroscopie γ pour l’échantillon irradié de 88Sr n’ont montré aucun pic photo correspondant à la formation de 91Sr. Sur cette base, l’équipe a estimé que si les tétranucléons stables existent, leur taux d’émission pourrait être inférieur à 8 × 10−7 par fission au niveau de confiance de 95%. Ils ont également suggéré que l’amélioration de la pureté des échantillons et l’augmentation de la sensibilité de l’expérimentation pourraient aider à la détection de signaux subtils provenant de tétranucléons.
En synthèse
Alors que l’équipe n’a pas pu détecter de tétranucléons liés, leur travail a jeté les bases solides pour de futures études sur les tétranucléons insaisissables et d’autres systèmes similaires.
Le Dr Fujioka conclut : « Notre étude a montré que la méthode d’activation neutronique instrumentale en radiochimie peut être appliquée pour répondre à la question ouverte en physique nucléaire. Nous améliorerons encore la sensibilité pour chercher le système neutre insaisissable. »
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’un tétranucléon ?
Un tétranucléon est un noyau atomique hypothétique composé de quatre neutrons.
Pourquoi le tétranucléon est-il important ?
La possible existence du tétranucléon pourrait ouvrir de nouvelles perspectives sur les propriétés des noyaux atomiques et répondre à une question fondamentale de la physique nucléaire.
Quelle est la méthode utilisée pour détecter le tétranucléon ?
Les chercheurs ont utilisé la méthode d’activation neutronique instrumentale, où un élément trace dans un échantillon choisi est irradié et activé par la capture de neutrons thermiques.
Quels ont été les résultats de l’étude ?
Les résultats n’ont pas montré de preuve concluante de l’existence de tétranucléons liés, mais ont fourni un cadre pour de futures recherches.
Quelles sont les prochaines étapes ?
Les chercheurs prévoient d’améliorer la sensibilité de leur méthode pour continuer à chercher le tétranucléon.
Références
Article : « Search for particle-stable tetraneutrons in thermal fission of 235U » – DOI 10.1103/PhysRevC.108.054004
