NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) Noyau atomique
Modèles collectifs
Spectres de vibration et de rotation
Encyclopædia Universalis France
En effet, comme bien d'autres systèmes quantiques et en particulier les molécules, les noyaux possèdent non seulement des états individuels mais aussi des états dits collectifs car ils mettent en jeu tous les nucléons dans des mouvements de rotation ou de vibration. Dans les deux cas, il s'agit de noyaux pair-pairs. C'est avec eux que les structures vibrationnelle et rotationnelle des spectres sont les plus simples à observer et à décrire, tout au moins tant que leur énergie d'excitation n'excède pas la valeur 2Δ qui caractérise ce qu'on nomme le gap des noyaux pair-pairs. À l'intérieur de ce gap, en effet, aucune paire n'est brisée et les seuls états existants sont ceux de rotation ou de vibration construits sur le fondamental apparié dans l'état 0+. En revanche, au-delà, viennent s'ajouter des niveaux en grand nombre, dits à deux quasi-particules, engendrés par le couplage des nucléons désappariés. La figure les symbolise par une forêt d'états dont le début se trouve à 2Δ et qui n'en finit pas, forêt tout à fait comparable à celle qui caractérise le spectre des noyaux impair-impairs, à ceci près que cette dernière débute dès le fondamental puisqu'elle résulte du couplage d'un proton et d'un neutron célibataires.
Modèle rotationnel
Rapports Ej/E2 pour les pairs-pairs déformés
Encyclopædia Universalis France
Les spectres de rotation les plus typiques sont observés dans les régions des terres rares (155 < A < 190) et des actinides (225 < A < 250) où les noyaux ont la forme d'un ellipsoïde allongé. Leur interprétation, analogue à celle des bandes rotationnelles des molécules diatomiques, s'appuie sur l'expression classique donnant l' énergie cinétique d'un système indéformable en rotation, soit Ec = Iω2/2 = J2/2I, où I est le moment d'inertie du système par rapport à l'axe de rotation et où →J = Iω est son moment cinétique. La transposition quantique de cette expression est facile à deviner : remplacer J2 par ses valeurs propres 12J(J + 1). Effectivement, les spectres de basse énergie (fig. 14) suivent une loi en J(J + 1), autrement dit les états de spin J des noyaux considérés se trouvent à une énergie d'excitation donnée par :
En fait, le moment d'inertie nécessaire pour rendre compte de l'énergie des états rotationnels révèle une propriété remarquable de la matière nucléaire : il est environ trois fois plus faible que celui d'un corps rigide de forme appropriée. L'interprétation actuelle de ce fait repose essentiellement sur l'appariement qui, faisant des paires de nucléons identiques des sortes de bosons, les paires de Cooper, imprime à une part du « liquide nucléaire » un comportement superfluide comparable à celui de l'hélium 4 à basse température. Dans ce schéma, la goutte nucléaire comporterait deux phases dont la superfluide, par essence non visqueuse et donc non entraînée en rotation, ne contribuerait pas au moment d'inertie, d'où sa faible valeur. Ce modèle prévoit alors une brusque augmentation de l'inertie rotationnelle lorsqu'une paire est brisée, ce qui coûte 2Δ, et donc pour une valeur critique de J définie par :
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Écrit par
- Luc VALENTIN : professeur à l'Institut de physique nucléaire, université de Paris-VII
Classification
Médias
Énergie nucléaire
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