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La structure du noyau
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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.
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Leur but : décrire toujours mieux ce petit objet si complexe qu'est
le noyau.
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Les modèles théoriques de description du noyau
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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.
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Les modèles les plus populaires sont :
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le « modèle de la goutte liquide » proposé
par Niels Bohr en 1938 au moment de la découverte de la
fission,
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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.
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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.
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Les théories de champ moyen
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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.
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Surface d'énergie potentielle du 256Cf
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L'apport des travaux de Daniel Gogny
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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.
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Surface d'énergie potentielle coloriée par l'appariement neutron du 74Kr
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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.
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Noyaux pair-pair prédits par la théorie
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Au-delà du champ moyen
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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.
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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.
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Structure en cluster du noyau de 32S
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