En physique nucléaire, les protons et les neutrons, ces éléments constitutifs des noyaux, sont en mesure de se réorganiser au sein d’un même noyau. Aussi, comment cette réorganisation peut-elle être étudiée et comment elle nous aiderait à mieux comprendre l’une des forces fondamentales de l’univers : la force nucléaire forte.
La réorganisation des protons et des neutrons
Les protons et les neutrons, ces éléments constitutifs des noyaux, peuvent se réorganiser au sein d’un même noyau. Les produits de cette réorganisation comprennent des transitions électromagnétiques, également connues sous le nom de transitions de rayons gamma. Ces transitions relient des niveaux d’énergie excités appelés niveaux quantiques, et le motif de ces connexions fournit une «empreinte» unique pour chaque isotope.
Déterminer ces empreintes est un test sensible de la capacité des scientifiques à décrire l’une des forces fondamentales, la force nucléaire forte qui maintient les protons et les neutrons ensemble.
L’étude du noyau sulfur-38
Dans cette étude, les chercheurs ont réussi à étudier l’empreinte du sulfur-38 en initiant le mouvement des protons et des neutrons par une injection d’énergie excédentaire à l’aide d’une réaction nucléaire. Ils ont également utilisé l’apprentissage automatique et d’autres outils de pointe pour analyser les données.
Les résultats fournissent de nouvelles informations empiriques sur l’empreinte des niveaux d’énergie quantique dans le noyau de sulfur-38. Les comparaisons avec les modèles théoriques peuvent conduire à de nouvelles perspectives importantes.
Par exemple, l’un des calculs a mis en évidence le rôle clé joué par une orbite de nucléon particulière dans la capacité du modèle à reproduire les empreintes du sulfur-38 ainsi que des noyaux voisins.
L’étude est également importante pour sa première mise en œuvre réussie d’une approche spécifique basée sur l’apprentissage automatique pour classer les données. Les scientifiques adoptent cette approche pour d’autres défis dans la conception expérimentale.
En synthèse
Les chercheurs ont utilisé une mesure qui comprenait une analyse assistée par l’apprentissage automatique des données collectées pour mieux déterminer les niveaux d’énergie quantique uniques – une «empreinte» formée par la réorganisation des protons et des neutrons – dans le noyau riche en neutrons sulfur-38. Les résultats ont doublé la quantité d’informations empiriques sur cette empreinte particulière.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le sulfur-38 ?
Le sulfur-38 est un isotope du soufre, un élément chimique couramment trouvé dans la nature. Il a un nombre inhabituel de neutrons, ce qui le rend intéressant pour les études de physique nucléaire.
Qu’est-ce que l’apprentissage automatique ?
L’apprentissage automatique est une branche de l’intelligence artificielle qui utilise des algorithmes et des modèles statistiques pour permettre aux ordinateurs d’améliorer leur performance sur une tâche spécifique sans être explicitement programmés pour cela.
Qu’est-ce que la force nucléaire forte ?
La force nucléaire forte est l’une des quatre forces fondamentales de la nature. Elle est responsable de la cohésion des protons et des neutrons dans le noyau atomique.
Qu’est-ce qu’une transition de rayons gamma ?
Une transition de rayons gamma est un type de transition énergétique qui se produit dans un noyau atomique lorsqu’un nucléon passe d’un état d’énergie supérieur à un état d’énergie inférieur.
Qu’est-ce qu’une empreinte quantique ?
Une empreinte quantique est un motif unique de niveaux d’énergie quantique qui peut être utilisé pour identifier un isotope spécifique.
Références
Sources: Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Livermore, CA (États-Unis) ; Argonne National Laboratory (ANL), Argonne, IL (États-Unis)
Ce travail a été soutenu par le Department of Energy Office of Science, Office of Nuclear Physics et par le Conseil national de la recherche du Canada.
Article : « Experimental study of the S 38 excited level scheme » – DOI: 10.1103/physrevc.107.064311
