Pourquoi les noyaux atomiques ne se brisent jamais en deux parts égales ? Une expérience suédoise lève enfin le voile !
Basiquement si on veut expliquer la fission nucléaire à un enfant : on prend un gros noyau qu’on le bombarde avec un neutron, ça se casse, et on récupère de l’énergie pour alimenter nos centrales. Facile, non ? Eh bien en fait… ce n’est que partiellement exact.
Un mystère résiste depuis plus de 80 ans : les noyaux ne se brisent jamais en deux morceaux identiques. Toujours un petit… et un plus gros. Bizarre, non ?
Une équipe de chercheurs suédois s’est posé la question du pourquoi, et leur réponse est franchement passionnante. Elle tient dans un chiffre : 36. On vous explique !
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Un super-aimant pour regarder au cœur des noyaux et mieux comprendre la fission nucléaire
Tout commence à Göteborg, dans les laboratoires de la Chalmers University of Technology. Pour cette expérience, les chercheurs ont utilisé un aimant supraconducteur géant, capable de suivre à la trace les fragments atomiques… juste après l’explosion d’un noyau.
Les chercheurs ont étudié la fission de 100 noyaux exotiques différents, des éléments pas franchement communs comme le platine, le plomb ou encore le mercure. L’objectif ? Comprendre ce qui pousse un noyau à toujours se briser de façon… déséquilibrée.
Une scission qui penche toujours du même côté
Quand un noyau subit la fission, on pourrait s’attendre à ce qu’il se sépare en deux morceaux égaux, comme un gâteau qu’on coupe soigneusement au centre. Mais ce n’est jamais le cas. Les deux morceaux sont toujours inégaux : l’un léger, l’autre plus massif.
Pourquoi ? Jusqu’à maintenant, la question restait un mystère mal élucidé, en partie parce que la majorité des expériences s’étaient concentrées sur les isotopes classiques, comme l’uranium. Autrement dit, on avait un œil sur les suspects habituels, mais on négligeait tous les autres…
Et si tout venait… d’une “coquille” magique ?
L’équipe du professeur Andreas Heinz a eu une intuition brillante : chercher du côté de l’effet de coquille. Dans un noyau, protons et neutrons ne sont pas en vrac. Ils s’organisent par couches, un peu comme les étages d’un immeuble et certaines de ces couches sont particulièrement stables.
C’est là qu’arrive ce fameux chiffre “teasé” dans l’introduction : 36 protons. Les fragments les plus légers, issus de la fission, sont souvent “bloqués” autour de ce nombre. Pourquoi ? Parce que cette configuration est très stable, comme si la nature préférait s’accrocher à ce palier, quitte à laisser l’autre fragment avec les restes.
Ce n’est pas une coïncidence : cette régularité est observée dans des dizaines de noyaux différents. C’est un peu comme si, en découpant un gâteau au hasard, vous tombiez toujours sur une part pesant exactement 36 grammes. Curieux, non ?
100 noyaux passés à la loupe
Ce qui rend cette étude remarquable, c’est l’ampleur du terrain exploré. Là où les études précédentes restaient confinées à quelques isotopes utilisés dans les réacteurs nucléaires, ici, l’équipe a exploré tout un territoire nucléaire méconnu, avec des noyaux rares, instables, et souvent ignorés.
Grâce à leur super-aimant, les chercheurs ont pu suivre les fragments immédiatement après la fission, sans qu’ils aient le temps de se transformer ou de se perdre dans la nature. Une première ! Les résultats confirment ce que les modèles mathématiques suggéraient : la fission préfère la stabilité, même au prix de l’asymétrie.
Une avancée qui dépasse nos centrales
Mieux comprendre la fission, ce n’est pas seulement intéressant pour produire de l’énergie. C’est aussi comprendre comment les éléments lourds sont apparus dans l’univers, après les explosions d’étoiles ou les collisions de supernovae.
Et qui sait ? Peut-être que demain, cette connaissance fine des effets de coquille nous aidera à concevoir des réacteurs plus propres, plus petits, plus efficaces, voire des générateurs pour les missions spatiales…
Sources :
- Chalmers University of Technology, publication juin 2025
- GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research (FAIR, Allemagne)
- Dr Andreas Heinz – département de physique nucléaire et plasmas
- https://www.chalmers.se/en/current/news/f-chalmers-researchers-contribute-to-new-discoveries-about-fission/
Image : Une photographie du dispositif expérimental utilisé pour cette étude, dominé par un grand aimant supraconducteur. G. Otto/GSI/FAIR
