(IncrediVFX/iStock/Getty Images) Des scientifiques ont découvert un nouveau type de uranium c'est le plus léger jamais connu. La découverte pourrait en dire plus sur une étrange particule alpha qui est éjectée de certains éléments radioactifs lors de leur désintégration.
L'uranium nouvellement découvert, appelé uranium-214, est un isotope, ou une variante de l'élément, avec 30 neutrons de plus que les protons, un neutron de moins que l'isotope d'uranium le plus léger connu. Parce que les neutrons ont une masse, l'uranium-214 est beaucoup plus léger que les isotopes d'uranium plus courants, y compris l'uranium-235, qui est utilisé dans les réacteurs nucléaires et possède 51 neutrons supplémentaires.
Ce nouvel isotope n'est pas seulement plus léger que les autres, mais il a également montré des comportements uniques lors de sa désintégration. Ainsi, les nouvelles découvertes aideront les scientifiques à mieux comprendre un processus de désintégration radioactive connu sous le nom de désintégration alpha, dans lequel un noyau atomique perd un groupe de deux protons et de deux neutrons - appelés collectivement une particule alpha.
Bien que les scientifiques sachent que la désintégration alpha entraîne l'éjection de cette particule alpha, après un siècle d'études, ils ne connaissent toujours pas les détails exacts de la formation de la particule alpha avant son éjection.
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Les chercheurs ont créé le nouvel isotope de l'uranium au Heavy Ion Research Facility de Lanzhou, en Chine. Là, ils ont braqué un faisceau d'argon sur une cible en tungstène à l'intérieur d'une machine appelée séparateur de recul rempli de gaz - dans ce cas, le spectromètre pour les atomes lourds et la structure nucléaire, ou SHANS. En braquant un laser sur le tungstène, les chercheurs ont effectivement ajouté des protons et des neutrons au matériau pour créer de l'uranium.
Le nouvel isotope de l'uranium 214 avait une demi-vie d'à peine une demi-milliseconde, ce qui signifie que c'est le temps qu'il faut à la moitié de l'échantillon radioactif pour se désintégrer. L'isotope le plus courant de l'uranium - appelé uranium-238 - a une demi-vie d'environ 4,5 milliards d'années, soit à peu près l'âge de la Terre.
En observant attentivement la décomposition des isotopes, les scientifiques ont pu étudier la force nucléaire forte - l'une des quatre forces fondamentales qui maintiennent la matière ensemble - agissant sur les particules alpha - les neutrons et les protons - à la surface de l'uranium.
Ils ont découvert que le proton et le neutron dans chaque particule alpha interagissaient beaucoup plus fortement que dans les isotopes et autres éléments avec des nombres similaires de protons et de neutrons qui ont été précédemment étudiés.
Cela est probablement dû au nombre spécifique de neutrons à l'intérieur du noyau d'uranium 214, ont déclaré les chercheurs. Le nouvel isotope contient 122 neutrons, se rapprochant du «nombre de neutrons magiques» de 126, qui est particulièrement stable en raison de la configuration des neutrons en ensembles complets, ou coquilles.
Avec cette configuration, il est plus facile pour les scientifiques de calculer l'interaction de force forte entre les protons et les neutrons. Cela rend ces isotopes particulièrement intéressants pour les scientifiques, car l'étude de ces interactions peut révéler des caractéristiques liées à la structure nucléaire et au processus de désintégration, a déclaré l'auteur principal de l'étude, Zhiyuan Zhang, physicien à l'Académie chinoise des sciences.
Les scientifiques soupçonnent que cette interaction proton-neutron pourrait être encore plus forte des éléments radioactifs plus lourds tels que les isotopes de plutonium et le neptunium. Ces éléments ont un peu plus de protons, et la configuration de leurs orbites suggère qu'ils pourraient avoir des interactions encore plus fortes que les isotopes de l'uranium.
Les scientifiques aimeraient étudier d'autres isotopes élémentaires proches du nombre magique de neutrons ; cependant, étant donné que ces éléments ont des demi-vies encore plus courtes, des détecteurs encore plus sensibles et des faisceaux plus puissants seront nécessaires.
Les nouveaux résultats ont été publiés le 14 avril dans la revue Lettres d'examen physique .
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