Le noyau d'un atome a généralement une forme bien définie – allongée comme un melon, ou aplatie comme une citrouille. Mais le silicium-30 se comporte différemment : il semble incapable de décider quelle forme adopter.
Dans l'expérience, un faisceau de noyaux de silicium-28 et de silicium-30 a été dirigé sur une cible de zirconium-90 à des énergies proches de la barrière coulombienne – cette limite où les noyaux se touchent presque sans fusionner. En analysant la diffusion des noyaux, les physiciens ont reconstitué leur forme. Le silicium-28 s'est révélé stable et aplati. En revanche, le silicium-30, avec ses deux neutrons supplémentaires, a montré une étrangeté : les descriptions avec une forme allongée, aplatie, voire sphérique, correspondaient toutes aussi bien aux données.
Des calculs plus poussés du modèle en couches ont confirmé : le silicium-30 n'a pas de forme prédominante. Son état fondamental est un mélange de configurations différentes, comme si le noyau « scintillait » constamment entre des formes allongée, aplatie et sphérique. Ce phénomène est appelé fluctuations de forme.
Un tel comportement est rare parmi les noyaux stables. Habituellement, la forme est strictement déterminée par le nombre de protons et de neutrons. Mais ici, à la frontière entre les nombres magiques, les effets quantiques brouillent la géométrie. Le silicium-30 devient un candidat pour un noyau à la forme « flottante » dans son état fondamental – et cela ouvre une nouvelle fenêtre sur la compréhension de la structure de la matière à l'échelle subatomique.
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2602.06580
Quasi-elastic (QEL) scattering measurements have been performed using the $$^{28, 30}$$Si projectiles off the $$^{90}$$Zr target at energies around the Coulomb barrier. Coupled-channels (CC) calculations were carried out in a large parameter space of quadrupole and hexadecapole deformations for the N=Z, $$^{28}$$Si and N=Z+2, $$^{30}$$Si nuclei. $$^{28}$$Si at the N=Z line is observed to be uniquely oblate shaped in its ground state. In contrast, for $$^{30}$$Si with just two additional neutrons -- oblate, prolate, and spherical CC descriptions are equally compatible with the measurements. To further investigate the nuclear structure evolution with varying neutron number, shell-model calculations were performed. These calculations reveal a sudden change in the nuclear structure aspects at $$^{30}$$Si in going from $$^{28}$$Si to $$^{30}$$Si. Combined reaction and structure analyses consistently indicate that $$^{30}$$Si does not possess a well-defined intrinsic shape, and it is a potential candidate for ``shape fluctuations" in its ground state.
Le silicium-28 et le silicium-30 sont des isotopes du même élément, mais leurs noyaux diffèrent davantage par leur forme que certains éléments différents entre eux. Deux neutrons changent tout, comme une seule note change une mélodie.
Dans le roman de Greg Egan « L'Échelle de Schild », une matière à la géométrie instable est utilisée pour créer des constructions exotiques – les noyaux fluctuants du silicium-30 évoquent une physique similaire.