Une étude, dont les résultats intitulés «Accurate Determination of the Neutron Skin Thickness of 208Pb through Parity-Violation in Electron Scattering» ont été publiés dans la revue Physical Review Letters, laisse penser, à partir de la mesure de l'épaisseur de la 'peau neutronique' d'un atome de plomb, que la taille des étoiles à neutrons serait plus grande qu'on le supposait.

Relevons tout d'abord que, presque dans chaque atome, il y a des neutrons, qui, avec les protons, constituent le noyau de ces atomes. Si, «selon la théorie, les noyaux des atomes légers se composent généralement d'un mélange presque égal de protons et de neutrons», lorsque les noyaux grossissent, pour rester stables, «ils ont besoin de plus de neutrons» qui semblent s'arranger dans une couche superficielle, «une sorte de peau entourant le noyau».

C'est l'épaisseur de cette peau neutronique que l'étude ici présentée est parvenue «à mesurer sur le noyau d'un atome de plomb». Comme cette 'peau' «est deux fois plus épaisse que ce que les physiciens ne le pensaient», elle remet en question, en particulier la taille des étoiles à neutrons.

Concrètement, «une expérience baptisée Prex, pour Lead (Pb) Radius Experiment (Comprenez Expérience sur le rayon du plomb)» a consisté à bombarder d'électrons un feuillet mince de plomb. Il s'agit ici du plomb 208 (²⁰⁸Pb), «le plus commun des isotopes de l'élément» dont le noyau «compte 82 protons et tout de même 126 neutrons».

Comme les électrons interagissent avec les neutrons (qui ne sont pas chargés électriquement) par l'intermédiaire de la seule force faible qui «dépend de la direction du spin des électrons», c'est «la façon dont les électrons se diffusaient différemment en fonction de la direction de leur spin» qui a été mesurée «en s'assurant de ne modifier ni l'énergie des électrons, ni l'intensité du faisceau, ni sa trajectoire».

Au bout du compte, la minuscule asymétrie «observée dans le courant des électrons déviés a trahi la distribution spatiale des neutrons». Ainsi, «la peau de neutrons qui entoure le noyau d'un atome de plomb mesure 0,28 femtomètre (soit 28x10^-15 mètres), plus ou moins 0,07», une valeur «qui se rapproche de celle déjà avancée par l'équipe en 2012, mais dont l'incertitude a été réduite de moitié».

En conséquence, le fait que la peau de neutrons soit plus épaisse «rend les étoiles à neutrons moins compressibles que ce que les théories imaginaient» et «qui dit moins compressibles, dit aussi plus grosses»: cela «implique pour les étoiles à neutrons ordinaires (de 1,4 fois la masse de notre Soleil) un rayon compris entre 13,25 et 14,25 kilomètres» alors que, jusqu'à présent, la plupart des modèles l'estimaient «à quelque 10 kilomètres seulement».