On pense que la collision d'étoiles à neutrons crée des métaux précieux tels que l'or et le platine. Les caractéristiques de ces étoiles restent un mystère, mais la solution pourrait être trouvée dans le noyau atomique de plomb, l'un des plus petits éléments constitutifs de la Terre. Il s'est avéré difficile de percer les secrets de la force vitale qui contrôle l'intérieur des étoiles à neutrons dans le noyau de l'atome.
Une nouvelle étude du Chalmers University of Technology, la Suède, peut offrir les réponses. À l'aide d'un modèle informatique, l'étude présente une percée dans le calcul du noyau atomique de l'élément lourd et stable du plomb.
Le modèle, développé avec des collègues d'Amérique du Nord et d'Angleterre, montre maintenant la voie à suivre. Il permet des prédictions de haute précision des propriétés de l'isotope* plomb-208 et de sa « peau neutronique ».
Même si la taille d'une étoile à neutrons est supérieure de plusieurs kilomètres à celle d'une noyau atomique, ses propriétés sont généralement régies par la même physique. Le dénominateur commun est la force vitale qui lie protons ainsi que les neutrons l'un à l'autre dans un noyau atomique. Une étoile à neutrons est également empêchée de s'effondrer par la même force. Bien qu'il s'agisse d'un élément fondamental du cosmos, la force vitale est difficile à prendre en compte dans les modèles informatiques, en particulier lorsqu'il s'agit de noyaux atomiques lourds et riches en neutrons comme le plomb. En conséquence, les calculs complexes des chercheurs les ont laissés aux prises avec de nombreux problèmes non résolus.
Pour comprendre le fonctionnement de la force forte dans la matière riche en neutrons, les scientifiques ont besoin de comparaisons significatives entre théorie et expérience, d'observations faites en laboratoire et avec des télescopes, et de simulations théoriques fiables.
Andreas Ekström, professeur agrégé au département de physique de Chalmers et l'un des principaux auteurs de l'article, a déclaré : "Notre percée signifie que nous avons pu effectuer de tels calculs pour l'élément de plomb stable le plus lourd."
Les chercheurs ont fusionné des théories avec des données préexistantes d'études expérimentales pour créer un nouveau modèle informatique. Après cela, une méthode statistique précédemment utilisée pour simuler la propagation potentielle du coronavirus a été combinée à des calculs complexes.
Il est maintenant possible d'évaluer plusieurs hypothèses de force forte en utilisant le nouveau modèle pour le plomb. Des prédictions pour divers noyaux atomiques, du plus faible au plus lourd, peuvent également être faites à l'aide du modèle.
Les 126 neutrons qui composent un noyau atomique créent le revêtement extérieur ou la peau de l'atome. Les propriétés de la force vitale sont liées à l'épaisseur de la peau. La compréhension du fonctionnement de la force vitale, tant dans les noyaux atomiques que dans les étoiles à neutrons, peut être améliorée en anticipant les épaisseur de la peau des neutrons.
Le directeur de recherche Christian Forssen, professeur au département de physique de Chalmers, a déclaré : « Nous prévoyons que la peau des neutrons est étonnamment mince, ce qui peut fournir de nouvelles informations sur la force entre les neutrons. Un aspect révolutionnaire de notre modèle est qu'il fournit des prédictions et peut évaluer les marges d'erreur théoriques. C'est crucial pour pouvoir faire des progrès scientifiques.
"La percée pourrait conduire à des modèles plus précis, par exemple, des étoiles à neutrons et à une meilleure connaissance de la façon dont elles se forment."
« Le but pour nous est de mieux comprendre comment la force forte se comporte dans les étoiles à neutrons et les noyaux atomiques. Cela rapproche la recherche d'un pas de plus pour comprendre comment, par exemple, l'or et d'autres éléments pourraient être créés dans les étoiles à neutrons - et en fin de compte, il s'agit de comprendre l'univers.
Journal de référence:
- Hu, B., Jiang, W., Miyagi, T. et al. Les prédictions ab initio relient la peau neutronique du 208Pb aux forces nucléaires. Nat. Physique. 18, 1196-1200 (2022). EST CE QUE JE: 10.1038/s41567-022-01715-8
