138 - la forme en poire des particules

L’ARTICLE

Une équipe internationale de physiciens a trouvé la meilleure preuve encore que certains noyaux lourds ne sont pas sphériques ou ellipsoïdales - mais "en forme de poire". Les chercheurs ont constaté des signes évidents de cette distorsion à deux noyaux particulier - le radon 220 et le radium-224 - qui ont été créés en fracassant des protons sur une cible de carbure d'uranium à l'installation REX-ISOLDE au CERN.
Les physiciens savent depuis des décennies que les noyaux peuvent exister dans des formes différentes au-delà des sphères simples. Dans la plupart des cas, ces noyaux non sphérique apparaissent soit comme un ballon de rugby ou américain, ou comme un disque - Tout écart par rapport à une sphère est généralement décrite par une "déformation quadripolaire", piloté par de sous-jacentes interactions "quadripôles" entre les nucléons (protons et neutrons) dans le noyau. Toutefois, les physiciens ont également soupçonné qu'il y a encore de plus subtiles interactions "octupolaires» entre nucléons, qui auraient pour cause la forme en poire de certains noyaux - ou même ressembler à une pyramide.
Bien qu'il y ait des preuves limitées pour les noyaux en forme de poire dans des expériences menées sur le radium-226 et néodyme-148 dans les années 1990, aucune étude n’a été concluante. Peter Butler de l'Université de Liverpool et ses collègues en Belgique, Finlande, Allemagne, Pologne, Espagne, Suisse, Royaume-Uni et les Etats-Unis ont trouvé des preuves solides pour les transitions octupolaires du radon-220 et radium-224. Ces transitions sont un signe que les noyaux sont déséquilibrés et apparaissent dans le spectre des rayons gamma qu’émettent ces noyaux car ils se désintègrent à partir d'un état excité.

En regardant les distributions d'énergie et spatiale des rayons gamma, l'équipe a pu conclure que les deux noyaux sont en forme de poire. En particulier, l'équipe a constaté qu'une certaine transition octupôle était beaucoup plus fréquent que prévu si les noyaux sont en forme de poire - en effet, dans le cas du radium, il était environ 30 fois plus forte que prévu. "Cet accroissement de la transition pourrait être considéré comme une preuve irréfutable pour une déformation de octupôle statique de la matière nucléaire dans de tels noyaux», explique Paddy Regan de l'Université de Surrey.
Une fois que les accélérateurs seront en place au CERN en 2015, l'équipe prévoit d'étudier d'autres noyaux que l'on s'attend à être en forme de poire.
L'étude est décrite dans la revue Nature.

COMMENTAIRE

La physique jusqu’à présent s’est assez peu rendu compte de l’importance de la « forme » des atomes qui doit engendrer un type particulier de fonctionnement et déterminer certaines caractéristiques dans les rapports entre atomes.

Pour notre part, nous voudrions prolonger cet article en nous interrogeant sur la forme mais cette fois des particules. Celle qui s’impose à l’évidence première, c’est la sphère parfaite pour les particules mais rien ne nous dit qu’il doit en être nécessairement ainsi. Cette forme, il faut supposer qu’elle est acquise lors de leur création, ce qui implique d’examiner les conditions de leur genèse.

Pour aller vite, nous dirions qu’une paire de particules symétriques résulte d’un photon géniteur qui se scinde en deux. Comme le photon circule à la vitesse C, les deux particules héritent de cette vitesse mais cette fois en empruntant un mouvement circulaire dit de spin. Cette circularité imposée a un effet immédiat sur la forme de la particule qui arrondit son centre de masse par son diamètre. Est-il possible qu’elle puisse acquérir aussitôt une sphéricité parfaite ? Il lui faudrait pour cela  se tourner dans tous les sens pour égaliser sa surface comme le ferait la main d’un potier. La forme qu’elle va conserver sera imparfaite et nous supposerons qu’il va s’agir d’une double poire, d’un double goutte d’eau, ventrue au centre effilée aux pôles. Comment allons-nous le justifier ?

Cette forme en double poire aura une importance capitale puisqu’elle doit conditionner les rapports entre particules et antiparticules. En effet, la particule ne pourra pas être retournée indifféremment dans n’importe quel sens comme une boule de billard : elle évoluera autour de son axe, selon 4 directions seulement : droite, gauche/ bas, haut. Il sera alors possible d’aligner les axes des particules comme nous le constatons dans les expériences de spintronique. Ainsi, si la notion d’axe n’a aucun sens sur une particule sphérique, cela signifie a contrario qu’elle peut évoluer autour d’un axe et ne saurait donc être sphérique. Dès lors, la forme en double poire que nous avions supposée dépendante des conditions de sa genèse paraît être la forme nécessaire.

C’est alors cette forme déterminant les axes de rotation qui va permettre de distinguer une particule de son antiparticule. En effet, lors de leur genèse commune, les deux particules jumelles vont emprunter des directions opposées qui vont déterminer leur orientation droite ou gauche de leur axe de rotation (ou de leur spin) selon le modèle ci-dessous :

Modèle imparfait car les boules sont sphériques et les axes représentés par de traits alors même que les particules sont effilées aux pôles

Il sera alors pas possible de modifier le SENS de leur rotation (gauche, droit), ce qui permettra de distinguer une particule de son opposé, mais on pourra seulement retourner la particule : Pour une particule de spin s =1/2 comme l'électron, le proton ou le neutron, il existe seulement deux états de spin distincts, caractérisés par Ms = +/- 1/2. On note souvent les deux états propres correspondants : haut/bas et ou encore : +/- 

Nous ne développerons pas davantage l’analyse de la forme qui conditionne toute la mathématique du spin, les rapports d’attraction/répulsion entre particules, l’origine du magnétisme etc…Il serait aussi intéressant de déterminer si la mesure de la distribution variable des charges sur une particule ne serait pas justement liée à l’inégalité de ses formes  - hétérogénéité des mesures qui a donné lieu à une abondante littérature sur l’existence de pseudo sous constituants dénommés « quarks »…

Pour plus de détails voir : http://lesnouveauxprincipes.fr/physique/8-liaisons-et-forces-de-liaison