Ejectant des protons les uns après les autres, l'azote 9 non lié se désintègre en carbone 8 puis en béryllium 6 avant de se transformer en particule alpha, une chaîne d'événements que les physiciens comparent à des poupées russes imbriquées. Des scientifiques ont certainement observé pour la première fois une version ultra-rare de l'azote, baptisée azote-9 (
9N). Ce nouvel isotope contiendrait cinq neutrons de moins que sa forme stable. Réalisée au Laboratoire National de Cyclotron Supraconducteur des États-Unis, cette recherche pourrait redéfinir les limites de la stabilité nucléaire.
L'existence de l'azote-9 a été suggérée lors d'une expérience où des faisceaux d'isotopes d'oxygène ont été projetés sur des atomes de béryllium. Si de futures expériences confirment sa présence, l'azote-9 établirait un nouveau record en matière de nombre de neutrons déficitaires dans un noyau atomique, passant de quatre à cinq. Les détails de cette découverte ont été publiés le 27 octobre dans la revue Physical Review Letters.
Cette version instable de l'azote se désintègre en émettant successivement un ou deux protons, un processus rappelant les poupées russes, selon Robert Charity, scientifique nucléaire à l'Université de Washington à Saint-Louis.
Les protons et les neutrons au sein des noyaux atomiques sont liés par la force forte, qui dans les atomes stables surpasse la force répulsive des protons chargés positivement. Cependant, la diminution du nombre de neutrons déséquilibre cette stabilité, conduisant les atomes à la frontière de la "ligne de stabilité". Au-delà de cette ligne, les atomes deviennent instables et se désintègrent en expulsant des protons ou des neutrons.
Les premiers indices de la présence de l'azote-9 ont été trouvés dans des données d'une expérience ancienne menée par le même laboratoire. À l'origine, les chercheurs cherchaient à créer un autre isotope, l'oxygène-11, en bombardant du béryllium avec des atomes d'oxygène-13. Mais parmi des millions d'interactions, ils ont détecté une signature de désintégration indiquant la brève existence de l'azote-9, durant seulement 10
-21 secondes.
Pour confirmer partiellement cette découverte, les chercheurs ont modélisé la structure de l'isotope, révélant un noyau d'hélium entouré de cinq protons faiblement liés. Ces protons se sont désintégrés après un très court laps de temps, s'échappant du noyau par effet tunnel quantique.
D'autres expériences seront nécessaires pour confirmer définitivement cette découverte. Lee Sobotka, professeur de chimie et de physique à l'Université de Washington, souligne l'importance de comprendre la structure et les réactions produisant de tels noyaux pour reconstituer les mécanismes de formation des éléments présents dans notre environnement.
L'Azote-9 et sa place dans la physique nucléaire
L'azote-9, sujet central de l'article, représente un isotope particulièrement intrigant. Un isotope est une forme d'un élément chimique caractérisée par un nombre spécifique de neutrons. Tous les isotopes d'un élément partagent le même nombre de protons, mais diffèrent par leur nombre de neutrons. L'azote, dont le nombre atomique est 7 (ce qui signifie qu'il possède toujours 7 protons dans son noyau), peut avoir différents isotopes, identifiés par la somme de ses protons et neutrons. Ainsi, l'azote-9, avec seulement 2 neutrons en plus de ses 7 protons habituels, devient un sujet d'étude fascinant en raison de sa rareté et de son instabilité extrême.
L'étude de tels isotopes est cruciale pour la physique nucléaire car elle fournit des informations essentielles sur les forces fondamentales à l'œuvre dans le noyau atomique et aide à comprendre la formation des éléments dans l'univers. Les recherches sur l'azote-9 et d'autres isotopes exotiques permettent également de tester et d'affiner les modèles de la mécanique quantique, en particulier ceux relatifs aux systèmes ouverts ou non liés, où les particules ne sont pas fermement liées au noyau.