La mesure de la demi-vie du samarium-146 et les secrets du système solaire
Récemment, des chercheurs du Paul Scherrer Institute (PSI) en Suisse et de l’Australian National University à Canberra ont réalisé une avancée significative en mesurant la demi-vie du samarium-146 avec une précision et une exactitude sans précédent. Cette réalisation pourrait contribuer à une meilleure compréhension de l’histoire de notre système solaire.
Demi-vie du samarium-146 : un outil pour le datage des événements anciens
Doté d’une demi-vie de 92 millions d’années, le samarium-146 est particulièrement adapté pour dater des événements survenus durant les premières phases de l’histoire du système solaire. Les phénomènes concernés incluent l’activité volcanique sur la Lune, la formation de météorites et la différenciation de l’intérieur de la Terre en couches distinctes.
On pense que le samarium-146 dans le système solaire primitif a été produit lors d’une supernova, alors que notre galaxie se formait il y a environ 4,5 milliards d’années. Grâce à sa demi-vie relativement longue, cet isotope a pu être incorporé dans les planètes et astéroïdes en formation avant de disparaître lentement du système solaire. En raison de sa rareté actuelle, il est considéré comme un isotope éteint, dont l’existence antérieure est déduite de la présence d’un isotope de néodyme, son produit de désintégration.
Comparaison avec le samarium-147
Un autre isotope, le samarium-147, possède une demi-vie environ 1000 fois plus longue que celle du samarium-146. Bien que les deux isotopes aient des propriétés chimiques identiques, le samarium-147 représente environ 15 % du samarium sur Terre. Ces isotopes peuvent tous deux être utilisés pour le datage des roches, à condition que leurs demi-vies soient connues avec une grande précision.
Les défis de la mesure de la demi-vie
Malheureusement, la demi-vie du samarium-146 s’est révélée être difficile à mesurer. Au cours des dernières décennies, diverses études ont placé sa valeur entre 60 et 100 millions d’années, mais la valeur exacte est restée incertaine. Cette incertitude est principalement due au fait que cet isotope ne se trouve pas naturellement sur Terre et qu’il est produit en petites quantités lors d’expériences en physique nucléaire.
Dans des études précédentes, le samarium-146 était créé en irradiant d’autres isotopes de samarium avec des protons ou des neutrons. Cependant, cette méthode présente des inconvénients, notamment le coût et le temps requis pour l’irradiation. Rugard Dressler, du laboratoire de radiochimie du PSI, souligne que ces méthodes ne permettent pas de séparer chimiquement le samarium-146 du matériau cible, la séparation étant impossible par des moyens chimiques seuls.
Une approche innovante pour une mesure précise
Pour surmonter ces limitations, une équipe dirigée par Dorothea Schumann au PSI a exploité la Swiss Spallation Neutron Source (SINQ) comme source de l’isotope. SINQ génère des neutrons en frappant des protons sur des cibles solides. Afin de mieux comprendre les dommages causés au cours de ce processus, divers matériaux ont été irradiés, le tantale étant identifié comme le matériau le plus prometteur pour extraire une quantité de samarium-146 en solution.
Cette méthode a permis d’obtenir suffisamment de samarium-146 pour déterminer avec précision sa demi-vie, une opportunité unique à l’échelle mondiale, comme le souligne Zeynep Talip du PSI.
Confirmation des résultats
Une partie de la solution obtenue a ensuite été utilisée pour créer une fine couche d’oxyde de samarium sur un substrat en graphite. En utilisant des spectromètres de masse au PSI et en Australie, l’équipe a pu déterminer qu’il y avait 6,28×1013 noyaux de samarium-146 dans leur échantillon.
L’échantillon a été placé à une distance bien définie d’un détecteur de radiation alpha calibré avec précision. En mesurant l’énergie des particules alpha émises, l’équipe a confirmé que ces particules provenaient de la désintégration du samarium-146. Au cours de trois mois, ils ont mesuré le taux de désintégration de l’isotope, le trouvant légèrement inférieur à 54 désintégrations par heure.
Répercussions des découvertes
À partir de ces données, ils ont calculé la demi-vie du samarium-146 à 92 millions d’années, avec une incertitude de seulement 2,6 millions d’années. Rugard Dressler a noté : « La demi-vie dérivée de notre étude montre que les résultats du siècle dernier sont compatibles avec notre valeur dans leurs incertitudes. De plus, nous avons considérablement réduit l’incertitude. »
Cette découverte constitue une avancée majeure dans un défi expérimental qui dure depuis des décennies et pourrait bientôt offrir une nouvelle perspective sur notre passé lointain. « Une détermination plus précise de la demi-vie ouvrira la voie à une chronologie plus détaillée et précise des processus de notre système solaire et des événements géologiques sur Terre », a ajouté Dressler.
Les résultats de cette recherche sont publiés dans la revue Scientific Reports.