Grâce à une technique ultra-sensible combinant lumière laser et jets de gaz, des scientifiques de l'UCLouvain analysent pour la première fois la structure atomique et nucléaire des éléments les plus lourds du tableau de Mendeleïev.
Les chercheurs élargissent continuellement le tableau de Mendeleïev : en 2016, quatre nouveaux éléments ont été ajoutés. Ces éléments super-lourds, absents à l'état naturel sur Terre, sont produits en quantités infimes – parfois seulement quelques atomes par an – via des accélérateurs de particules puissants, expliquent les physiciens nucléaires Mark Huyse et Piet Van Duppen de l KU Leuven. Radioactifs, ils se désintègrent rapidement, certains en une fraction de seconde, limitant sévèrement nos connaissances.
Les physiciens entendent révolutionner cela avec une nouvelle application de l'ionisation laser. « Nous piégeons d'abord ces atomes rares dans un gaz d'argon, où un laser les excite en déplaçant l'électron externe sur une nouvelle orbite. Un second laser éjecte cet électron, ionisant l'atome qui acquiert une charge positive, le rendant manipulable et détectable. La couleur du laser révèle l'énergie du saut électronique : une 'empreinte digitale' unique de la structure atomique et nucléaire », décrivent-ils.
Dans une série d'expériences à l'accélérateur de Louvain-la-Neuve, de l'actinium (Ac) a été produit en bombardant un film d'or avec des ions de néon. Les noyaux sont ensuite injectés dans une chambre à gaz, aspirés dans un jet supersonique et ionisés par laser.
L'ionisation laser en jet supersonique est une innovation adaptée aux éléments radioactifs : « Elle multiplie la sensibilité par dix, permettant des mesures avec seulement quelques atomes par seconde, pour une précision et une rapidité accrues. »
Cette avancée ouvre une ère nouvelle pour l'étude des super-lourds, validant les modèles théoriques en physique nucléaire et atomique. La méthode sera déployée au GANIL, nouvel accélérateur en construction en France.
[]