Toute la matière autour de nous n’est pas stable. Certaines substances subissent une désintégration radioactive pour former des isotopes plus stables. Grâce à un équipement de pointe du Texas A&M University Cyclotron Institute, les scientifiques ont observé pour la première fois une désintégration radioactive unique de l'oxygène 13, produisant trois noyaux d'hélium, un proton et un positron.
Les scientifiques ont observé pour la première fois un nouveau modèle de désintégration. Dans cette désintégration, une forme plus légère d'oxygène - l'oxygène 13 (qui contient 8 protons et 5 neutrons) - se désintègre en se divisant en 3 noyaux d'hélium (atomes sans électrons environnants), 1 proton et 1 positron (la version antimatière d'un électron).
Les scientifiques observent cette désintégration en observant les noyaux individuels se briser et en mesurant les produits de la rupture.
Les scientifiques ont déjà observé des tendances intéressantes dans la désintégration radioactive, un processus connu sous le nom de « désintégration bêta-plus ». Au cours de ce processus, les protons se transforment en neutrons et libèrent une partie de l'énergie produite par l'émission de positrons et d'antineutrinos. Après la désintégration bêta initiale, le noyau résultant peut avoir suffisamment d’énergie pour éliminer les particules supplémentaires par ébullition, ce qui le rend plus stable.
Ce nouveau mode de désintégration est la première observation d'une désintégration bêta libérant trois noyaux d'hélium (particules alpha) et un proton. Les résultats permettent aux scientifiques de comprendre le processus de désintégration et les propriétés du noyau avant la désintégration.
Image de particules produites après que le noyau subit une désintégration bêta de ce nouveau mode de désintégration. Le noyau résultant se divise en trois noyaux d'hélium (α) et un proton (p), qui proviennent d'un point de désintégration (cercle rouge). Source de l'image : Fourni par J.Bishop
Dans cette expérience, les chercheurs ont utilisé le cyclotron Institute de la Texas A&M University pour générer un faisceau de noyaux radioactifs à haute énergie (environ 10 % de la vitesse de la lumière). Ils ont envoyé ce faisceau de matière radioactive (oxygène 13) dans un appareil appelé Texas Active Target Time Projection Chamber (TexATTPC). Ce matériau s'arrête à l'intérieur du détecteur, qui est rempli de dioxyde de carbone, et se désintègre après environ 10 millisecondes en émettant un positron et un neutrino (désintégration bêta-plus).
Les chercheurs ont implanté de l'oxygène 13 dans le détecteur noyau par noyau et ont attendu qu'il se désintègre, puis ont utilisé TexATTPC pour mesurer toutes les particules qui ont bouilli après la désintégration bêta. Ensuite, ils ont utilisé un programme informatique pour analyser les données afin de déterminer les traces laissées par les particules dans le gaz. De cette manière, ils ont pu identifier un événement rare (qui ne se produit qu’une fois sur 1 200 désintégrations) au cours duquel quatre particules sont libérées après la désintégration bêta.