Éléments chimiques, nouveaux isotopes, particules infimes — le Centre Helmholtz GSI pour la recherche sur les ions lourds de Darmstadt, en Allemagne, est réputé pour ses découvertes, dont six éléments superlourds. Un nouveau record mondial est à signaler : le centre de recherche, où l’installation internationale d’accélérateurs FAIR est actuellement en construction, arrive en tête du classement mondial pour la découverte d’isomères nucléaires. Les statistiques ont été compilées par le professeur Michael Thoennessen de l’Université d’État du Michigan, aux États-Unis, dans la revue Atomic Data and Nuclear Data Tables.
Un total de 192 isomères nucléaires ont été découverts au GSI/FAIR — plus que dans tout autre centre de recherche au monde. Un chercheur se distingue — le Dr Ivan Kojouharov est à lui seul responsable de 143 isomères nucléaires. Cela le place en tête du classement mondial des co-découvreurs. Kojouharov a travaillé dans le département de recherche en spectroscopie nucléaire au GSI/FAIR pendant de nombreuses années et a pris sa retraite il y a un an.
« Ce nombre m’a vraiment surpris », rapporte l’ancien chercheur du GSI/FAIR. « Je ne m’attendais pas à être en tête de liste. J’ai contribué aux découvertes principalement par le développement de détecteurs au germanium haute performance, qui ont bien sûr été utilisés dans un grand nombre d’expériences pour mesurer les isomères nucléaires. En conséquence, je figure sur de nombreuses publications. »
La combinaison particulièrement réussie des accélérateurs et des instruments de mesure au GSI/FAIR a permis ce nombre de découvertes. Une chaîne d’accélération complète est disponible, commençant par l’accélérateur linéaire UNILAC, passant par l’accélérateur circulaire SIS18, jusqu’au ring de stockage expérimental ESR. Ceux-ci peuvent être utilisés pour mener des recherches sur tous les éléments chimiques présents sur Terre. Le séparateur de fragments FRS a contribué de manière spéciale aux découvertes. Cette « machine de tri » peut isoler des noyaux spécifiques parmi une multitude de fragments après une collision nucléaire et les examiner pour détecter l’isomérie.
Un isomère nucléaire est un noyau atomique qui a stocké une quantité d’énergie particulièrement importante — et la conserve pendant une durée anormalement longue. Normalement, les noyaux atomiques libèrent l’excès d’énergie immédiatement. Dans les isomères, cependant, la structure interne agit comme un frein, retardant la libération d’énergie. Ce n’est qu’après un certain temps que le noyau revient à un état plus stable et libère l’énergie stockée, généralement sous forme de rayonnement gamma. Les isomères nucléaires jouent un rôle dans les réactions nucléaires dans les étoiles et dans la formation des éléments lourds dans notre cosmos. Mais ils ont aussi des applications très spécifiques, par exemple en diagnostic médical ou comme candidats pour des horloges nucléaires de haute précision qui pourraient être encore plus précises que les horloges atomiques actuelles.
Les nouveaux chiffres sur les isomères nucléaires ont été compilés par le professeur Michael Thoennessen de l’Université d’État du Michigan, aux États-Unis, dans la revue « Atomic Data and Nuclear Data Tables ».
« Toutes les publications scientifiques actuellement connues sur les isomères nucléaires avec une demi-vie supérieure à 100 nanosecondes ont été prises en compte », rapporte-t-il. « Nous avons nouvellement compilé les statistiques sur les isomères après avoir tenu les statistiques sur les découvertes d’isotopes pendant de nombreuses années. » Ici aussi, le GSI/FAIR est à l’avant-garde. Le professeur Hans Geissel († 2024) détient le record de découverte incontesté depuis 2013 avec 279 isotopes. Le GSI se classe deuxième parmi les instituts.
Thoennessen a visité le GSI/FAIR dans le cadre de la réunion de la collaboration de recherche internationale FAIR NUSTAR, qui a été la première grande réunion scientifique à se tenir à nouveau régulièrement sur le campus peu après l’incendie au GSI début février. À NUSTAR, les scientifiques étudient les réactions nucléaires qui se produisent à l’intérieur des étoiles, par exemple pour comprendre comment les éléments chimiques se forment dans notre univers.
Le nouveau centre international d’accélérateurs FAIR, l’un des plus grands projets de construction de recherche au monde, est actuellement en construction au GSI pour acquérir de nouvelles connaissances sur la structure de la matière et l’évolution de l’univers. FAIR comprend également le séparateur de fragments supraconducteur Super-FRS, successeur du FRS au GSI. « À l’avenir, nous nous attendons à beaucoup plus de découvertes d’isotopes et d’isomères nucléaires au Super-FRS », déclare le professeur Thomas Nilsson, directeur scientifique du GSI et de FAIR. « Avec FAIR, nous voulons amener l’univers dans notre laboratoire et, bien sûr, défendre notre position de leader dans les classements mondiaux. »
Article : Discovery of nuclear isomers – Journal : Atomic Data and Nuclear Data Tables – DOI : Lien vers l’étude
Source : GSI
