Au cœur d'une étoile massive, deux noyaux de carbone entrent en collision et fusionnent en un seul noyau de magnésium. De ce processus dépend la vitesse à laquelle l'étoile consomme son carburant et les éléments chimiques qu'elle parvient à créer. Mais calculer précisément cette fusion sur le papier s'est avéré incroyablement difficile : les noyaux ne sont pas des boules de billard, mais des systèmes quantiques qui peuvent se réorganiser de multiples façons.

Le nouveau travail propose un modèle où les noyaux de carbone peuvent fusionner directement ou passer par une étape intermédiaire : d'abord, un petit morceau (une particule alpha) se détache d'un noyau, puis le reste s'associe à l'autre noyau. C'est comme si deux danseurs pouvaient exécuter un porté de deux manières différentes — par un saut ou par une levée. La prise en compte simultanée des deux voies a permis pour la première fois d'expliquer à la fois les expériences de diffusion des noyaux et les données de fusion.

Le modèle prédit également que dans le noyau de magnésium né de la fusion, il n'existe pas d'états « moléculaires » purs où les deux noyaux de carbone tourneraient l'un autour de l'autre comme des planètes. Au lieu de cela, tout est mélangé : le noyau de magnésium ressemble à un chaudron de bouillie bouillonnante, où il est impossible de distinguer les ingrédients d'origine.

Ce n'est qu'un premier pas. À l'avenir, les auteurs prévoient d'ajouter des canaux avec émission de protons et de neutrons, afin que le modèle fonctionne à des températures encore plus élevées — dans les cœurs les plus chauds des étoiles. Nous pourrons alors savoir plus précisément combien de carbone, d'oxygène et d'autres éléments naissent dans l'Univers.