Pour sonder les noyaux, les physiciens nucléaires utilisent un faisceau de particules accélérées et une cible. Lorsqu'un noyau est bombardé par des électrons, il « expulse » le plus souvent un nucléon (proton ou neutron) et plus rarement (une fois sur cinq), une paire de nucléons. Ces paires sont constituées à 90 % d'un neutron et d'un proton qui s'échappent du noyau dans des directions opposées.

Ces observations ont conduit les scientifiques à postuler l'existence de « couples » de nucléons très proches, au milieu d'une « foule » de nucléons célibataires : les paires corrélées à courte distance (SRC, Short Range Correlation). Or jusqu'à présent, ces paires n'ont été que peu étudiées expérimentalement.

Pour en savoir plus, des chercheurs de l'Irfu ont contribué à une expérience pilote qui s'est déroulée en 2018 à l'accélérateur Nuclotron de Dubna, en Russie.

Au lieu de bombarder des protons sur une cible de carbone (¹²C), ils ont choisi de travailler avec un faisceau de ¹²C dirigé sur une cible liquide de protons. Cette configuration inhabituelle ouvre en effet la voie à l'étude des paires SRC dans les noyaux radioactifs de faible durée de vie (ms) dont il n'est pas possible de fabriquer une cible. Un inconvénient, cependant, est que ces collisions génèrent une très grande quantité de données dont seule une infime partie est associée à l'éjection d'un nucléon ou d'une paire de nucléons.

L'expérience de Dubna a démontré qu'il est possible de sélectionner les processus où le proton interagit une seule fois avec une paire de nucléons à l'intérieur du noyau ¹²C et l'extrait du noyau sans le « casser ». Dans ce cas, les physiciens disent que le noyau est devenu transparent à la sonde à protons. Cette prouesse a été rendue possible grâce à la détection du noyau (non cassé) amputé d'une paire de nucléons (fragment) dans un spectromètre à haute résolution.

Ces travaux devraient se poursuivre par une expérience sur des noyaux radioactifs (¹⁶C) menée par l'Irfu et le Massachusetts Institute of Technology (États-Unis) à GSI (Gesellschaft für SchwerIonenforschung), à Darmstadt (Allemagne) en 2022.

L'objectif est d'analyser comment la fraction de protons et de neutrons dans les paires SRC évolue avec l'augmentation de l'asymétrie neutron-proton du noyau, afin de mieux comprendre comment les noyaux sont liés par l'interaction forte.