Les noyaux atomiques sont maintenus ensemble par la forte conversation entre les neutrons et les protons. Approximativement dix pour cent de tous les noyaux connus sont stables. En partant de ces isotopes stables, les noyaux deviennent de plus en in addition instables à mesure que les neutrons sont ajoutés ou éliminés, jusqu’à ce que les neutrons ne puissent moreover se lier au noyau et « s’égoutter ». Cette limite d’existence, appelée « dripline » neutronique, n’a jusqu’à présent été découverte expérimentalement que pour des éléments légers jusqu’au néon. La compréhension de la ligne de goutte de neutrons et de la framework des noyaux riches en neutrons joue également un rôle clé dans le programme de recherche du futur accélérateur Truthful du GSI Helmholtz Middle for Heavy Ion Study à Darmstadt.


Dans une nouvelle étude, « Ab Initio Limitations of Nuclei », publiée dans la revue Bodily Evaluate Letters as an Editors ‘Suggestion avec un synopsis d’accompagnement en APS Physics, le professeur Achim Schwenk de TU Darmstadt et Max Planck Fellow au MPI for Nuclear Physics à Heidelberg, en collaboration avec des scientifiques de l’Université de Washington, de TRIUMF et de l’Université de Mayence, ont réussi à calculer les limites des noyaux atomiques en utilisant des méthodes théoriques innovantes jusqu’aux noyaux de masse moyenne. Les résultats sont un trésor d’informations sur les nouveaux isotopes possibles et fournissent une feuille de route aux physiciens nucléaires pour les vérifier.

Des scientifiques simulent une grande région de la carte des nucléides

La nouvelle étude n’est pas la première tentative d’explorer théoriquement la région extrêmement riche en neutrons du paysage nucléaire. Des études antérieures ont utilisé la théorie fonctionnelle de la densité pour prédire les isotopes liés entre l’hélium et les éléments lourds. Le professeur Schwenk et ses collègues, quant à eux, ont exploré pour la première fois la carte des nucléides sur la foundation de la théorie nucléaire ab initio. À partir d’interactions microscopiques à deux et trois corps, ils ont résolu l’équation de Schrödinger à plusieurs particules pour simuler les propriétés des noyaux atomiques de l’hélium au fer. Ils ont accompli cela en utilisant une nouvelle méthode ab initio à plusieurs corps – le groupe de renormalisation de similitude moyenne -, combinée à une extension qui peut gérer des orbitales partiellement remplies pour déterminer de manière fiable tous les noyaux.


À partir d’interactions à deux et trois nucléons basées sur l’interaction forte, la chromodynamique quantique, les chercheurs ont calculé les énergies à l’état fondamental de près de 700 isotopes. Les résultats sont cohérents avec les mesures précédentes et servent de base pour déterminer l’emplacement des gouttières de neutrons et de protons. Des comparaisons avec des mesures de masse expérimentales et une analyse statistique ont permis de déterminer des incertitudes théoriques pour leurs prédictions, comme pour les énergies de séparation des noyaux et donc aussi pour la probabilité qu’un isotope soit lié ou n’existe pas.

La nouvelle étude est considérée comme une étape importante dans la compréhension de la manière dont la carte des nucléides et la construction des noyaux émerge de l’interaction forte. C’est une issue clé du Centre de Recherche Collaborative 1245 financé par le DFG « Nuclei: From Elementary Interactions to Framework and Stars » à la TU Darmstadt, au sein duquel cette recherche a été menée. Ensuite, les scientifiques souhaitent étendre leurs calculs à des éléments as well as lourds afin de faire avancer les intrants pour la simulation de la synthèse d’éléments lourds. Cela se déroule dans des environnements riches en neutrons en direction de la ligne de goutte à neutrons et se produit dans la nature lorsque les étoiles à neutrons fusionnent ou dans des supernovae extrêmes.