La structure du noyau  
     
     
 
Depuis une trentaine d'années, sous l'impulsion du physicien Daniel Gogny, les théoriciens du Service de physique nucléaire de la Direction des applications militaires (DAM) du CEA ont orienté leurs activités vers une approche fondamentale de la description des noyaux.
 
     
 
Leur but : décrire toujours mieux ce petit objet si complexe qu'est le noyau.
 
     
  Les modèles théoriques de description du noyau  
     
 
Dès les origines de la physique nucléaire, devant la complexité d'un système composé de N particules en interaction, les physiciens imaginent des modèles visant à donner une description simple mais suffisamment réaliste des noyaux.
 
     
 
Les modèles les plus populaires sont :
 
 
 
le « modèle de la goutte liquide » proposé par Niels Bohr en 1938 au moment de la découverte de la fission,
 
le « modèle en couches » formulé dans les années 40, lorsqu'il devint évident, après la découverte des noyaux magiques, que les nucléons s'organisent en couches à l'intérieur du noyau.
 
     
 
Ces deux approches sont assez contradictoires puisque l'une considère le noyau comme un fluide composé de particules en forte interaction entre elles, alors que l'autre suppose au contraire que les particules sont indépendantes et se meuvent dans un champ moyen à l'instar des électrons de l'atome.
 
     
  Les théories de champ moyen  
     
 
Dès que la puissance des ordinateurs a permis de l'envisager, les théoriciens ont cherché à résoudre le problème de N corps en interaction. Indépendamment de la physique nucléaire ce problème est déjà difficile, voire impossible, à résoudre si N est grand. En physique nucléaire le problème est encore plus compliqué car l'interaction elle-même n'est pas connue. Dans les années 1960, un immense travail a été réalisé dans le monde pour essayer de trouver une bonne approximation à la fois de la solution du problème à N corps et de l'interaction nucléaire elle-même. Ces travaux ont finalement débouché sur les théories dites de « champ moyen » créé par les particules en interaction et dans lequel les particules se meuvent librement. Ces théories permettent de résoudre la contradiction évoquée plus haut entre les deux modèles.
 
Surface d'énergie potentielle du 256Cf
 
 
 
     
  L'apport des travaux de Daniel Gogny  
     
 
 
L'interaction utilisée alors est une interaction dite « effective » en ce sens que ses paramètres sont ajustés sur quelques données expérimentales. Dans les années 1970, Daniel Gogny, théoricien de la DAM impliqué dans cette problématique, crée une nouvelle interaction effective afin de pouvoir rendre compte de corrélations importantes dans le noyau, les corrélations d'appariement.
 
Surface d'énergie potentielle coloriée par l'appariement neutron du 74Kr
 
 
     
 
C'est avec cette interaction que le groupe des théoriciens du Service de Physique Nucléaire réalise ensuite un ensemble considérable de calculs, tous basés sur les théories de champ moyen auto-cohérent, souvent appelées théories Hartree-Fock ou Hartree-Fock-Bogoliubov. Ces études demandent de gros moyens de calcul car la solution ne peut être obtenue que par itérations successives. La taille des calculs dépend aussi beaucoup du nombre de symétries brisées. Un grand nombre de propriétés connues ou inconnues des noyaux comme leur énergie de liaison, leur rayon, leur déformation a pu ainsi être prédit.
 
 
Noyaux pair-pair prédits par la théorie
 
 
     
  Au-delà du champ moyen  
     
 
 
Des théories allant au delà du champ moyen ont également été mise en oeuvre afin de rendre compte de la grande diversité des états excités des noyaux et des transitions entre ces états.
 
Ce site présente un ensemble de résultats obtenus pour tous les noyaux pouvant théoriquement exister dans la nature. La recherche est loin d'être finie et, actuellement, l'élaboration de nouvelles théories ou le perfectionnement de théories existantes constitue le travail quotidien des théoriciennes et théoriciens en physique nucléaire.
 
Structure en cluster du noyau de 32S
 
 
     
 
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