Une équipe de chercheurs dirigée par le Dr Charles Clark du Quantum Institute, laboratoire du National Institute of Standards and Technology (NIST) et de l’University of Maryland, a mis au point un nouveau dispositif optique capable de détecter des neutrons isolés et de les enregistrer avec une intensité cent fois plus forte que les détecteurs électroniques de neutrons actuels. Ce nouveau dispositif permettra d’améliorer les mesures actuelles sur les neutrons, mais surtout de rendre possible des expériences sur des phénomènes nouveaux au-delà des modèles standards sur les particules physiques.

Le principe de ce nouveau dispositif optique est basé sur un phénomène observé auparavant par l’équipe de Clark : l’émission de lumière d’atomes d’hydrogène produits lorsque des neutrons sont absorbés par des isotopes de l’Hélium, les atomes d’Hélium-3. Cette lumière, connue sous le nom de lumière Lyman alpha (longueur d’onde 121.5nm) correspond à la première raie du spectre de Lyman découverte en 1906, qui est émise lors d’une transition électronique de l’état d’excitation 2 de l’atome d’hydrogène vers sont état fondamental. A cette longueur d’onde, l’émission de lumière Lyman alpha est invisible à l’oeil et est absorbée par la plupart des substances (elle parcours 1mm dans l’air avant d’être absorbée totalement), mais pas dans l’Hélium gazeux.

Le dispositif est constitué d’une chambre de gaz d’Helium3 et d’un photodétecteur situé au-dessus de cette chambre. Un faisceau de neutrons est envoyé à travers la chambre du dispositif. Lorsqu’un neutron est absorbé par un atome d’Hélium 3, un atome d’hydrogène et un atome de tritium (isotope de l’hydrogène) sont produits et expulsés à travers l’Hélium gazeux de la chambre. Ces atomes sont excités par les collisions avec les atomes d’Hélium environnant et par conséquence l’émission de lumière Lyman alpha se produit. Cette lumière est alors détectée et enregistrée par le photodétecteur du dispositif. L’équipe de chercheurs a découvert qu’en utilisant un faisceau de neutrons ultrafroid, la lumière émise est très importante : 40 photons créés par neutron absorbé dans l’Hélium gazeux.

Ce type de détecteur optique de neutrons est 100 fois plus sensible que les détecteurs électroniques actuels, mais aussi a une réponse en dynamique une centaine de fois plus rapide que ces derniers. Cette nouvelle méthode de détection rendra possibles de nouvelles mesures sur les propriétés des neutrons, comme par exemple le moment du dipôle électrique du neutron ou sa durée de vie, particulièrement étudiés au centre de recherche sur les neutrons au NIST.

Source :

NIST tech beat, 10/03/2008 – https://www.nist.gov/public_affairs/techbeat/tbx2008_0310_neutron.htm

Pour en savoir plus, contacts :

– Série de Lyman : Wikipedia, https://fr.wikipedia.org/wiki/S%C3%A9rie_de_Lyman
– Propriétés de l’Helium 3 : Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Helium-3
Code brève
ADIT : 53559

Rédacteur :

Alban de Lassus, [email protected]