Anomalie de désintégration radioactive enfin expliquée (peut-être)

En 2007, des physiciens de l'accélérateur d'ions lourds GSI à Darmstadt, en Allemagne, ont fait une découverte déroutante.

Ces types mesuraient les taux de désintégration radioactive des noyaux de praséodyme et de prométhium qui avaient été dépouillés de tout sauf un ou deux de leurs électrons, les laissant avec une charge supérieure à +50.

Dans ces conditions, les noyaux sont connus pour se désintégrer de manière étrange. Les noyaux nus, par exemple, ne peuvent pas se désintégrer par capture d'électrons. Cela les oblige à se désintégrer d'autres manières moins courantes, modifiant considérablement leur taux de désintégration.

Plus généralement, les physiciens savent depuis un certain temps que les changements de température et de pression peuvent influencer le taux de décroissance d'environ un pour cent, probablement parce que cela modifie également légèrement la densité électronique autour des noyaux.

Mais ce que les gars du GSI ont trouvé était encore plus étrange. Ils ont découvert que le taux de décroissance exponentielle normale du praséodyme et du prométhium oscillait avec une période d'environ 7 secondes. C'était comme si une oscillation s'était superposée à la courbe de décroissance exponentielle normale.

Leur expérience est intéressante car unique. Ces types produisent une poignée d'ions dans un synchrotron et mesurent chacun sa désintégration par le changement qu'il produit dans la résonance du faisceau d'ions lorsqu'il circule.

Cela donne une mesure exacte de la durée de vie de chaque ion, plutôt qu'une mesure moyenne de la demi-vie d'un matériau en vrac, comme le font toutes les autres expériences. Il est facile de voir que cet effet serait étalé et invisible dans ce genre d'expériences

Tant de physiciens pensent que l'expérience GSI mesurait en fait les propriétés de la désintégration radioactive dans sa forme la plus pure.

La grande question, bien sûr, est de savoir quelles sont les causes de l'anomalie GSI, telle qu'elle est connue ? Les premières explications portaient sur la possibilité que les oscillations des neutrinos puissent expliquer l'effet.

Les noyaux de praséodyme et de prométhium se désintègrent via la force faible de deux manières. Un proton peut capturer un électron produisant un neutron et un électron-neutrino. Ou le proton peut se désintégrer spontanément en un neutron, un positon et un électron-neutrino.

L'idée était que les neutrinos produits dans cette réaction pourraient se transformer en d'autres types, influençant ainsi le taux de désintégration d'une petite quantité.

Cependant, divers physiciens ont souligné que le résultat ne peut pas être expliqué par des oscillations de neutrinos pour la simple raison qu'elles ne peuvent se produire qu'après la production du neutrino et lorsqu'il se trouve à une distance significative des noyaux.

Cela laisse les physiciens devant une perte embarrassante. En l'absence de toute explication raisonnable, l'anomalie GSI est devenue une démangeaison inconfortable pour le cul de la physique nucléaire.

Aujourd'hui, Francesco Giacosa chez J.W. L'Université Goethe de Francfort et Giuseppe Pagliara de l'Universita di Ferrara en Italie apportent un soulagement bienvenu.

Ces gars disent que l'anomalie GSI peut être expliquée si les deux mécanismes de désintégration des noyaux de praséodyme et de prométhium fonctionnent à des énergies légèrement différentes. Le taux de décroissance de chaque mécanisme seul serait une courbe exponentielle standard, bien qu'à des taux légèrement différents.

Mais voici la clé. Lorsque les deux mécanismes se produisent ensemble, le système oscille entre eux. Ainsi, les variations périodiques observées au GSI sont simplement l'effet du passage du système d'un mécanisme de désintégration à un autre. Giacosa et Pagliara comparent cela aux oscillations de Rabi bien connues qui se produisent dans de nombreux systèmes quantiques.

Ce qui est le plus excitant, c'est que cette théorie conduit à une prédiction intéressante. Giacosa et Pagliara disent que si l'équipe du GSI peut mesurer le taux de décroissance à des intervalles beaucoup plus courts que 7 secondes, le taux de décroissance devrait rapidement tomber à zéro. Si l'expérience au GSI pouvait mesurer quelques points en dessous de 10 s, notre interprétation pourrait être facilement rejetée ou approuvée, disent-ils.

Ces idées ont des implications plus larges. Giacosa et Pagliara disent que cet effet pourrait expliquer d'autres variations périodiques étranges des taux de désintégration que les physiciens ont observées sur des échelles de temps beaucoup plus longues. Nous avons examiné certains de ces ici .

De plus, les variations sont clairement des effets fondamentaux en mécanique quantique qui pourraient avoir des implications profondes pour notre compréhension des processus nucléaires qui se déroulent à l'intérieur des étoiles.

Et tout cela signifie qu'il y a plus de plaisir à avoir avec l'anomalie GSI, que cette explication s'avère vraie ou non.

Réf : arxiv.org/abs/1110.1669 : Oscillations dans la loi de désintégration : une explication possible de la mécanique quantique de l'anomalie GSI ?

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