Une étude, dont les résultats intitulés «β-Decay Half-Lives of 110 Neutron-Rich Nuclei across the N=82 Shell Gap: Implications for the Mechanism and Universality of the Astrophysical r Process» ont été publiés dans la revue Physical Review Letters, a permis de mesurer avec précision les temps de demi-vie de certains noyaux produits par les réactions nucléaires du processus R.

Rappelons tout d'abord que, comme «les réactions nucléaires classiques ne permettent pas de synthétiser des éléments plus lourds que Fe», pour expliquer l'existence dans l'Univers de ces éléments, Margaret Burbidge, Geoffrey Burbidge, William Fowler, et Fred Hoyle ont présenté en 1957, dans le cadre de la théorie de la nucléosynthèse stellaire, un scénario explicatif.

Il stipule que des flux de neutrons peuvent conduire à ces types d'éléments «grâce à l’addition de neutrons dans les noyaux», de sorte qu'ensuite «ces neutrons capturés se désintègrent par radioactivité bêta en donnant des protons ou bien conduisent à la formation d’isotopes riches en neutrons».

Comme cette production peut avoir lieu «dans certaines étoiles de façon relativement lente au cours de plusieurs milliers d’années», ce scénario a reçu le nom de processus S («avec S pour slow, lent en anglais») par opposition à un autre processus envisageable dénommé processus R pour rapide («R-process en anglais»)

En effet, «à l’occasion de l’explosion des supernovae dont le cœur s’effondre gravitationnellement comme c'est le cas des SN II (ce n'est pas le cas des SN Ia qui font intervenir des naines blanches)», ce processus R, qui «durerait environ une seconde avec des températures très élevées et un flux de neutrons particulièrement intense» ferait naître certains éléments lourds.

Alors, que ces «réactions de production de noyaux lourds spécifiques au processus R n'ont pas encore été toutes complètement étudiées», l'étude ici présentée, grâce au «Radioactive Isotope Beam Factory du célèbre institut de Recherche scientifique japonais, le RIKEN», a pu «mesurer avec précision les temps de demi-vie d’environ 110 noyaux dont 40 d’entre eux n’avaient encore jamais été déterminés».

L'existence de ces noyaux, qui ne dure «que quelques millisecondes» influe cependant «de façon notable sur la cosmochimie dans les galaxies», car ces noyaux, qui n'ont pas été produits «par addition directe de neutrons mais résultent de collisions de faisceaux de noyaux d’uranium avec ceux d’une cible fixe en béryllium», servent «d’intermédiaires dans des réactions complexes faisant intervenir des centaines d’isotopes (dont beaucoup sont radioactifs)».

Ces nouvelles données expérimentales, qui suppriment «certains désaccords entre les calculs et les observations en ce qui concerne les abondances des éléments produites par le processus R, montrant que les modèles rendent probablement bien compte de la physique de ce processus», contribuent donc à nous rapprocher de la résolution de l’énigme de la nucléosynthèse.

Il faut cependant souligner que «des différences entre les abondances des noyaux d’étain, d’antimoine, d’iode et de césium dans les plus vieilles étoiles nées au début de l’histoire de l’univers» peuvent signaler «des différences dans les conditions d’occurrence du processus R».