Une méthode de laboratoire du MIT utilise des électrons moléculaires pour sonder le noyau atomique du radium

Les physiciens du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont récemment dévoilé une approche révolutionnaire pour explorer la structure interne du noyau atomique. Cette méthode novatrice se distingue radicalement des techniques habituelles, car elle ne requiert pas l'emploi de coûteux accélérateurs de particules à grande échelle. Les chercheurs ont ingénieusement exploité les électrons contenus dans la molécule de monofluorure de radium (RaF) comme une sonde interne. Ce procédé représente, par essence, une technique "de table" (ou de laboratoire) beaucoup plus accessible pour la physique fondamentale. Cette avancée majeure a été officiellement présentée dans la revue scientifique de renom, Science, le 23 octobre 2025.

Le principe fondamental de cette technique repose sur la création d'une molécule spécifique où un atome de radium est chimiquement lié à un atome de fluor. Dans cet environnement moléculaire confiné, les électrons qui orbitent autour du noyau de radium sont soumis à un champ électrique interne d'une intensité colossale. Ce champ surpasse considérablement ceux qui peuvent être générés dans des conditions de laboratoire conventionnelles.

Cette amplification spectaculaire augmente la probabilité que les électrons puissent pénétrer brièvement dans le noyau de radium, interagissant ainsi directement avec ses protons et ses neutrons. Lorsqu'ils ressortent, ces électrons emportent avec eux un infime décalage énergétique – une sorte de "message nucléaire" – que les scientifiques ont pu mesurer avec précision pour obtenir des informations cruciales sur l'architecture interne du noyau. Cette approche permet, pour la première fois, de quantifier la "distribution magnétique" nucléaire, un paramètre décrivant l'arrangement mutuel des protons et des neutrons au sein du noyau.

Shane Wilkins, l'auteur principal de cette étude, a qualifié l'intégration du radium radioactif dans une molécule d'une "manœuvre scientifique élégante", transformant ainsi la molécule en un véritable collisionneur microscopique. L'étude a été menée en étroite collaboration avec l'expérience CRIS (Collinear Resonance Ionization Spectroscopy Experiment) située au CERN, en Suisse, où les mesures déterminantes ont été effectuées. L'équipe de recherche comprenait également Ronald Garcia Ruiz et Silviu-Marian Udrescu, dont les contributions ont été essentielles à la réussite du projet.

Ces travaux ouvrent des perspectives considérables, notamment en cosmologie. Le noyau de radium est particulièrement intéressant car il présente une asymétrie inhabituelle en forme de poire, contrastant avec la majorité des noyaux qui sont sphériques. On suppose que cette déformation accentue les violations subtiles des symétries fondamentales. Ces violations pourraient potentiellement éclaircir le mystère de la domination de la matière sur l'antimatière dans l'Univers.

La cartographie réussie de la distribution magnétique est susceptible de fournir des données empiriques vitales pour valider les modèles théoriques qui tentent d'expliquer ce déséquilibre cosmique. Contrairement aux méthodes traditionnelles qui exigent des complexes d'accélérateurs s'étendant sur plusieurs kilomètres, cette technique moléculaire est remarquablement compacte. Elle ouvre de nouveaux horizons pour l'étude d'autres molécules radioactives instables, y compris celles qui pourraient se former lors de phénomènes cosmiques extrêmes, tels que les explosions de supernovae.