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  Les muons : de l'exotisme dans la chimie des particules
 

Les muons : de l'exotisme dans la chimie des particules

Dans la matière, les liaisons entre les atomes sont assurées par les électrons. En remplaçant ces derniers par des particules élémentaires plus lourdes, comme le muon, on crée des atomes dits "exotiques" si proches les uns des autres que leurs noyaux peuvent fusionner. Ces réactions de fusion sont cependant perturbées par des réactions de transfert des muons de l'hydrogène vers des atomes plus lourds. Le laboratoire Collisions Agrégats Réactivité (CAR) du CNRS et de l'Université Paul Sabatier à Toulouse publie dans la revue Physical Review Letters (PRL) du 20 juillet 2004 un modèle théorique de réactions chimiques "exotiques" impliquant des muons. Ce modèle permet de mieux comprendre les réactions de transfert qui parasitent les réactions de fusion. C'est une avancée importante dans la compréhension et l'amélioration de la fusion nucléaire catalysée par muons, étudiée depuis longtemps comme une source possible d'énergie.

Les muons sont des particules élémentaires. Ils sont relativement abondants dans le rayonnement cosmique qui pénètre l'atmosphère jusqu'à la surface de la Terre. Ainsi, chacun d'entre nous est traversé par environ 100 muons par seconde. Dans la matière, ce sont les électrons qui créent des liaisons chimiques entre atomes et assurent la cohésion de l'ensemble. En substituant artificiellement des muons négatifs aux électrons, on élabore des systèmes beaucoup plus compacts dotés de propriétés nouvelles. Le muon étant environ deux cent fois plus lourd que l'électron, il crée des liaisons entre atomes deux cent fois plus courtes (un milliardième de millimètre au lieu d'un dix millionième de millimètre pour une liaison atomique standard). Ainsi des atomes liés par une liaison muonique sont si proches les uns des autres que leur noyaux peuvent fusionner.

Pour créer artificiellement des faisceaux de muons, des particules chargées sont manipulées et accélérées sur des cibles dans des accélérateurs de particules. Ces collisions engendrent diverses particules secondaires, dont les muons. Cette particule vit de l'ordre de 2x10-6 seconde (deux millionièmes de seconde) avant de se désintégrer en un électron ou un positron et des neutrinos. Cette durée de vie est largement suffisante pour manipuler les muons et les utiliser pour la fabrication d'atomes et de molécules "exotiques". Au cours de ce type d'expérience, on observe des réactions de fusions atomiques mais aussi d'autres réactions comme des réactions de transferts de muons de l'hydrogène vers des atomes plus lourds comme l'azote, l'oxygène ou le néon.

C'est à ces réactions "parasites" et à leur modélisation que s'est intéressé Arnaud Dupays, du laboratoire CAR (CNRS-Université Paul Sabatier, Toulouse). Grâce à un nouveau système de paramétrisation des particules, le nouveau modèle permet de comprendre pour la première fois des résultats accumulés au cours des dix dernières années sur la cinétique de réactions "exotiques" obtenues dans des accélérateurs de particules et restées jusqu'alors sans explication satisfaisante. C'est une avancée importante vers l'amélioration de la fusion nucléaire catalysée par muons pour la production d'énergie, mais aussi pour une meilleure compréhension des propriétés fondamentales de la matière.

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Crédit : www2.117.ne.jp
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