Le noyau d'un atome est souvent représenté comme une boule dense où protons et neutrons sont mélangés. Mais chez certains isotopes, les neutrons peuvent s'étendre bien au-delà de cette boule, formant une coquille diluée — un halo de neutrons. Cela arrive surtout avec les noyaux qui ont beaucoup plus de neutrons que de protons.
Les physiciens ont pris des isotopes du magnésium — du léger magnésium-24 au lourd magnésium-38 — et ont calculé comment ils se dispersent sur du carbone à une énergie de 240 MeV par nucléon. En observant la fréquence des collisions entre les noyaux, on peut déterminer le rayon du nuage de neutrons. Il s'avère que dans le magnésium-37, un neutron est si faiblement lié qu'il forme un halo simple.
Ensuite, les scientifiques ont appliqué la même approche au magnésium-40, encore inexploré. Les calculs montrent que deux neutrons y sont si faiblement liés qu'ils forment un double halo. Ces noyaux ne vivent que des fractions de seconde, mais ce sont précisément eux qui servent de banc d'essai pour vérifier nos idées sur les forces nucléaires.
Le double halo du magnésium-40 est un cas rare où deux neutrons forment une paire et sortent ensemble du noyau dense. C'est comme deux alpinistes qui s'assurent mutuellement au bord d'une falaise.
Le magnésium-40 existe moins d'une milliseconde, mais pendant ce temps, il parvient à montrer un double halo de neutrons — un état que l'on ne rencontre pas dans les noyaux stables.