Recherche en phsyique fondamentale

Au cours des dernières décennies, diverses installations ISOL (Isotope Separation On-Line) ont été construites à travers le monde dans le but initial de renforcer nos connaissances fondamentales sur les noyaux atomiques. En raison du succès de ces installations, la demande de faisceaux d'ions radioactifs est plusieurs fois supérieure à ce que les installations existantes peuvent offrir. De nombreuses installations ont dû limiter la disponibilité de telles expériences.

Le laboratoire ISOL au sein de la Proton Target Facility (PTF) veut se concentrer sur les expériences qui nécessitent de longues périodes de faisceaux d'ions radioactifs ininterrompus, ce qui est presque impossible dans les installations existantes. De telles expériences nécessitent suffisamment de temps pour atteindre la précision requise pour leurs objectifs scientifiques spécifiques.

La PTF produira simultanément des radio-isotopes à des fins médicales et des isotopes pour la recherche en physique fondamentale.

 

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Une expérience possible dans la PTF vise à étudier de manière extrêmement précise le rayonnement émis pendant la désintégration nucléaire bêta, un processus que les atomes instables utilisent pour devenir stables. Le but d'une telle expérience est de mieux comprendre les interactions faibles, l'une des quatre forces fondamentales dans la nature qui est responsable de la désintégration nucléaire de type bêta.

La nature se compose de quatre forces fondamentales : la gravité, l'interaction faible, l'interaction électromagnétique et l'interaction forte. Nous faisons l'expérience de la gravité (qui nous maintient les deux pieds au sol) et l'interaction électromagnétique (comme la lumière, l'électricité, le magnétisme) tous les jours. Nous avons plus de peine à percevoir l'interaction forte et faible, car elles ont lieu dans le noyau atomique. Ensemble, ces quatre forces fondamentales font partie du modèle standard de la physique des particules, une théorie que nous savons incomplète. Le modèle standard, par exemple, ne donne aucune explication de l'énergie sombre ou pourquoi la matière domine

l’antimatière dans l’univers. Une raison suffisante pour que les scientifiques trouvent des preuves expérimentales pour compléter davantage la théorie. Des accélérateurs de particules puissants jouent un rôle important dans la création de ces preuves, car des phénomènes inconnus sont générés à une puissance extrêmement élevée. D'autres scientifiques se sont engagés à étudier plus en détail les phénomènes déjà connus, dans l'espoir de découvrir des contradictions mineures avec le modèle standard.

 

Une autre expérience peut examiner en détail les neutrons (avec les protons, le noyau d'un atome) qui sont émis par des radio-isotopes de courte durée en désintégration bêta. Ces neutrons dits à retard bêta peuvent être très importants dans divers domaines. Au niveau de la physique fondamentale, ils sont importants dans la formation de nouveaux éléments dans l'explosion des étoiles ou des supernovas. Dans un domaine plus appliqué, ils sont cruciaux dans le contrôle d'un réacteur nucléaire. Les propriétés de ces neutrons (leur énergie, leurs modes de rayonnement et leur probabilité d'émergence) sont très sensibles à la structure sous-jacente du noyau atomique. De telles mesures peuvent contribuer à des modèles théoriques qui décrivent le noyau atomique comme un système complexe en mécanique quantique.

La physique de la matière condensée, qui examine les propriétés microscopiques de la matière, peut également bénéficier des radio-isotopes. Dans de telles expériences, un radio-isotope est introduit dans une matière spécifique. Le noyau radioactif va alors interagir avec son environnement immédiat d'une certaine manière. Lorsque nous mesurons le rayonnement de ces radio-isotopes (rayonnement gamma ou électrons), nous pouvons obtenir des informations sur les propriétés de l'environnement dans lequel l'isotope a été introduit. De cette façon, nous pouvons déterminer des propriétés de matériaux de manière particulièrement détaillée et précise. Ces recherches peuvent être effectuées sur des supraconducteurs ou des matériaux pour de nouveaux semi-conducteurs.