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PUBLIC RELEASE DATE: 13 janvier 2005

Des mesures effectuées au CERN permettent de réévaluer l'élément de la vie

Genve, le 13 janvier 2005. Les rsultats d'expriences menes au CERN* et l'acclrateur du Laboratoire de Jyvskyl, en Finlande, publis dans le numro de Nature** daujourdhui exposent sous un jour nouveau la raction primaire de formation du carbone dans les toiles. Tout le carbone de lUnivers, donc aussi celui qui est ncessaire aux formes de vie bases sur cet lment comme nous-mmes, tres humains, a vu le jour au cur des toiles, dans la raction triple alpha . Les nouvelles dcouvertes montrent que cette raction est plus rapide quon ne le croyait et elles ont des rpercussions majeures sur lastrophysique, depuis la formation des premires toiles jusqu la cration des lments les plus lourds dans les supernovae.

Le monde subatomique entretient avec le cosmos une relation fascinante. Le carbone, par exemple, prsente un problme ancien la rsolution duquel de nombreux gants de la physique ont apport leur contribution. Il est plaisant dtre en mesure de rpondre aujourdhui certaines des questions quils nous ont lgues. Ce sont les progrs technologiques raliss depuis leur poque, par exemple ISOLDE, qui ont rendu possibles ces dcouvertes , dclare Hans Fynbo, principal auteur de larticle, de luniversit drhus.

Le big-bang na pratiquement produit que de lhydrogne (de masse 1) et de lhlium (de masse 4), car il nexiste pas de noyaux atomiques stables ayant des masses de 5 et de 8. En revanche, dans le cur des toiles, le carbone (de masse 12) peut se former au cours de la raction triple alpha, dans laquelle trois noyaux dhlium (particules alpha) fusionnent pour donner un noyau de carbone 12.

Plutt que de recrer les conditions torrides qui rgnent au cur des toiles, lquipe des chercheurs du CERN et de huit autres universits et instituts europens a observ cette raction dans son droulement inverse, cest--dire lorsque des noyaux de carbone 12 se scindent en trois particules alpha. Pour ce faire, ils ont cr du bore 12 et de l'azote 12, qui sont des isotopes vie brve des lments encadrant le carbone dans le tableau priodique. Le bore 12 et lazote 12 ont t produits respectivement dans linstallation ISOLDE du CERN et IGISOL auprs de lacclrateur du Laboratoire de Jyvskyl, luniversit de Jyvskyl. Ces noyaux instables se sont rapidement transforms en carbone 12 par dsintgration bta, durant laquelle un proton se change en neutron ou vice-versa, puis le carbone 12 sest scind en trois particules alpha.

La mthode ISOL (sparation disotopes en ligne), invente et dveloppe essentiellement au CERN, a jou un rle important dans ces expriences. Tandis quISOLDE, au CERN, pouvait produire le bore 12, IGISOL, Jyvskyl, tait ncessaire pour obtenir lazote 12. Cette installation finlandaise a t spcialement mise au point pour complter les performances dISOLDE grce sa capacit de crer des radionuclides trs courte vie dlments chimiques tels que lazote , a prcis Juha ysto, chef du groupe responsable de l'exprience l'universit de Jyvskyl.

En mesurant prcisment les instants dmission et les nergies des particules alpha expulses des chantillons, les chercheurs ont pu dduire les tats des noyaux de carbone juste avant la dsintgration. Munis de ces donnes, ils ont pu dterminer la rapidit de la raction triple alpha sur une large plage de tempratures, de 0,01 10 milliards de kelvins.

Pour les conditions qui prvalent dans la plupart des toiles, la vitesse du processus triple alpha calcule par les chercheurs concorde avec les calculs prcdents. Cependant, leurs dcouvertes suggrent que cette raction tait bien plus rapide aux tempratures relativement basses des premires toiles de lUnivers (environ 50 millions de kelvins), dpourvues de carbone, ce qui implique que la quantit de carbone catalysant la combustion de l'hydrogne dans les premires toiles a t produite deux fois plus vite quon ne le pensait auparavant.

A haute temprature (plus de 10 milliards de kelvins), les nouveaux rsultats montrent que le processus triple alpha serait bien plus lent que ne lindiquaient les estimations prcdentes, modifiant ainsi la production dlments ou nuclosynthse dans les supernovae. Ces explosions dtoiles massives et anciennes sont une source majeure des lments les plus lourds, plus massifs que le fer, produits dans les interactions favorises par londe de choc. Les rsultats obtenus dernirement suggrent une moindre formation de nickel 56, avec les consquences que cela entrane pour les lments plus lourds.

Ce travail a t men bien par une quipe des chercheurs du CERN et huit autres universits et instituts europens***.

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*Le CERN, Organisation europenne pour la recherche nuclaire, a son sige Genve. Ses Etats membres actuels sont les suivants : Allemagne, Autriche, Belgique, Bulgarie, Danemark, Espagne, France, Finlande, Grce, Hongrie, Italie, Norvge, Pays-Bas, Pologne, Portugal, Rpublique slovaque, Rpublique tchque, Royaume-Uni, Sude et Suisse. LInde, Isral, le Japon, la Fdration de Russie, les Etats-Unis dAmrique, la Turquie, la Commission europenne et lUNESCO ont le statut dobservateur.

**Nature Vol 433, Numro 7022, pp 136-139.

***La collaboration se compose des membres suivants : Hans O.U. Fynbo, Dpartement de physique et dastronomie, universit drhus, 8000 rhus C, Danemark;
Christian Aa. Diget, Dpartement de physique et dastronomie, universit drhus, 8000 rhus C, Danemark;
Uffe C. Bergmann, CERN, CH-1211 Genve 23, Suisse;
Maria J.G. Borge, Instituto Estructura de la Materia, CSIC, Serrano 113bis, E-28006, Madrid, Espagne;
Joakim Cederkll, CERN, CH-1211 Genve 23, Suisse;
Peter Dendooven, KVI, Zernikelaan, 9747 AA Groningue, Pays-Bas; Luis M. Fraile, CERN, CH-1211 Genve 23, Suisse;
Serge Franchoo, CERN, CH-1211 Genve 23, Suisse;
Valentin N. Fedosseev, CERN, CH-1211 Genve 23, Suisse;
Brian R. Fulton, Dpartement de physique, universit dYork, Heslington, Royaume-Uni;
Wenxue Huang, Dpartement de physique, universit de Jyvskyl, FIN-40351 Jyvskyl, Finlande;
Jussi Huikari, Dpartement de physique, universit de Jyvskyl, FIN-40351 Jyvskyl, Finlande;
Henrik B. Jeppesen, Dpartement de physique et dastronomie, universit drhus, 8000 rhus C, Danemark;
Ari S. Jokinen, Dpartement de physique, universit de Jyvskyl, FIN-40351 Jyvskyl, Finlande, Institut de physique dHelsinki, FIN-00014, universit dHelsinki, Finlande;
Peter Jones, Dpartement de physique, universit de Jyvskyl, FIN-40351 Jyvskyl, Finlande;
Bjrn Jonson, Physique exprimentale, universit de technologie Chalmers et universit de Gteborg, S-41296 Gteborg, Sude; Ulli Kster, CERN, CH-1211 Genve 23, Suisse;
Karlheinz Langanke, Dpartement de physique et dastronomie, universit drhus, 8000 rhus C, Danemark; Mikael Meister, Physique exprimentale, universit de technologie Chalmers et universit de Gteborg, S-41296 Gteborg, Sude;
Thomas Nilsson, CERN, CH-1211 Genve 23, Suisse;
Gran Nyman, Physique exprimentale, universit de technologie Chalmers et universit de Gteborg, S-41296 Gteborg, Sude;
Yolanda Prezado, Instituto Estructura de la Materia, CSIC, Serrano 113bis, E-28006, Madrid, Espagne; Karsten Riisager, Dpartement de physique et dastronomie, universit drhus, 8000 rhus C, Danemark;
Sami Rinta-Antila, Dpartement de physique, universit de Jyvskyl, FIN-40351 Jyvskyl, Finlande;
Olof Tengblad, Instituto Estructura de la Materia, CSIC, Serrano 113bis, E-28006, Madrid, Espagne;
Manuela Turrion, Instituto Estructura de la Materia, CSIC, Serrano 113bis, E-28006, Madrid, Espagne;
Youbao Wang, Dpartement de physique, universit de Jyvskyl, FIN-40351 Jyvskyl, Finlande;
Leonid Weissman, CERN, CH-1211 Genve 23, Suisse;
Katarina Wilhelmsen, Physique exprimentale, universit de technologie Chalmers et universit de Gteborg, S-41296 Gteborg, Sude;
Juha yst, Dpartement de physique, universit de Jyvskyl, FIN-40351 Jyvskyl, Finlande, Institut de physique dHelsinki, FIN-00014, universit dHelsinki, Finlande, et la Collaboration ISOLDE, CERN, CH-1211 Genve 23, Suisse.