I en neutronrig tinkerne, elektromagnetisme kan vinde over den stærke kraft

Atomkernen giver en enestående mulighed for at studere konkurrencen mellem tre af de fire grundlæggende kræfter, der vides at eksistere i naturen, det stærke nukleare samspil, den elektromagnetiske vekselvirkning og den svage nukleare vekselvirkning. Kun den meget svagere gravitationskraft er irrelevant for beskrivelsen af ​​nukleare egenskaber. Selvom forfaldet af en ophidset atomstat generelt følger disse kræfters hierarki, der er nogle gange undtagelser.

I et nyligt eksperiment udført på Radioactive Isotope Beam Factory på RIKEN, et internationalt samarbejde med forskere fra elleve lande, ledet af videnskabsmænd fra Instituto de Estructura de la Materia, CSIC (Spanien) og RIKEN Nishina Center (Japan), gjorde en meget overraskende observation:Højenergiske gammastråler - som medieres af den elektromagnetiske kraft - udsendes i henfaldet af en bestemt exciteret kerne - tin 133, i konkurrence med neutronemission, henfaldstilstanden medieret af den stærke kernekraft. Dette på trods af, at neutronemissionen forventedes at være størrelsesordener hurtigere, da kraften er meget stærkere.

Opdagelsen, udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , blev lavet ved hjælp af den neutronrige kerne 133Sn, som består af en enkelt neutron koblet til den dobbeltmagiske kerne 132Sn, en kerner, der er meget stabil på grund af dens dobbeltmagiske status. Kernerne blev produceret ved at slå en neutron ud fra en lidt tungere kerne, 134Sn, ved relativistiske energier. Gammastrålingen udsendt i henfaldet af dens exciterede tilstande blev detekteret ved hjælp af gammastrålespektrometeret DALI2.

Ifølge Pieter Doornenbal fra Nishina Center, "Dette var ret overraskende, da vi ville forvente, at neutronemissionen ville være meget hurtigere. Vi tror, ​​at elektromagnetisk henfalds evne til at konkurrere med neutronemission skyldes nuklear struktureffekter, en af ​​ingredienserne i Fermis gyldne regel, der beskriver sandsynligheden for, at en vis henfaldsproces finder sted."

RIBF-resultaterne tyder på, at struktureffekter, som almindeligvis negligeres i evalueringen af ​​neutronemissionssandsynligheder i beregninger af globale beta-henfaldsegenskaber for astrofysiske simuleringer, er meget vigtigere end almindeligt antaget, især i regionen "sydøst" for 132Sn, hvor kerner er meget neutronrige.

Ifølge Doornenbal, "En af betydningerne af denne opdagelse er, at den kunne hjælpe os med at få en bedre forståelse af kernesyntese af grundstofferne i vores univers - med andre ord, hvordan vores univers kom til at have de kerner, det har. Næsten halvdelen af ​​de tunge grundstoffer ud over jern menes at være fremstillet af det, der er kendt som r-processen, som foregår i supernovaer. Neutronemission udsendes normalt fra beregninger af henfaldet af neutronrige kerner, fordi det ikke anses for at spille en vigtig rolle. Men vores arbejde viser, at dette måske skal genovervejes, og at vores forståelse af, hvordan kerner produceres af r-processen, måske skal revideres."