Neutronrig kerneform skifter mellem en rugbybold og en diskos

Et internationalt team ledet af forskere fra IPN Orsay (CNRS/Université Paris-Sud), CEA, og RIKEN (Japan) har udført den første spektroskopi af de ekstremt neutronrige isotoper krypton 98 og 100. Dette eksperiment viste, at der er to sameksisterende, konkurrerende kvanteformer ved lav energi i 98Kr, aldrig før set for neutronrige Kr-isotoper. Holdet viste også, at disse isotoper oplever en forsigtig begyndelse af deformation med tilføjede neutroner, i skarp kontrast til nærliggende isotoper af rubidium, strontium, og zirkonium, som pludselig ændrer former ved neutron nummer 60. Denne undersøgelse markerer et afgørende skridt mod en forståelse af grænserne for denne kvantefaseovergangsregion, og blev udgivet i Physical Review Letters.

Hvordan protoner og neutroner er arrangeret i en kerne afhænger direkte af den kraft, der binder dem sammen. Denne nukleare interaktion, stadig dårligt forstået, giver anledning til undertiden pludselige og overraskende kvantefænomener som den fuldstændige rumlige omlægning af nukleoner, når de passerer fra 59 til 60 neutroner i zirkonium (atomnummer 40) og strontium (atomnummer 38) isotoper. Disse pludselige ændringer illustrerer det komplekse samspil mellem atomsystemers kollektive egenskaber, som former, og deres iboende mikroskopiske frihedsgrader, såsom neutron- og protonnumre. At studere og forstå dette samspil er afgørende for at begrænse nukleare modeller.

Indtil nu, krypton isotoper var blevet undersøgt op til ⁹⁶ Kr, som har præcis 60 neutroner og var kendt for at være stoppunktet for formovergangen. Dette eksperiment udført på RIKEN tilladte forskere, for første gang, at bestemme energien i de første ophidsede tilstande i ^{98, 100} Kr og til bevis for en progressiv stigning af deformation, der går fra 60 til 62 eller 64 neutroner. Ud over den noget langsommere udvikling af ligevægtsformen for disse kerner, en ophidset tilstand målt ved lavenergi antyder tilstedeværelsen af ​​en anden konkurrerende konfiguration. Teoretiske modeller forbinder tilstedeværelsen af ​​disse lavtliggende tilstande til sameksistensen af ​​to forskellige ellipsoide former ved lav energi.

Disse resultater blev muliggjort ved fremstilling af meget neutronrige kerner på Radioactive Isotope Beam Factory (RIBF) på RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science i Japan. Cirka 150 milliarder uran 238 kerner pr. Sekund blev accelereret til 70% af lysets hastighed og kolliderede med et beryllium -mål. Fissionsprodukterne, der blev skabt under denne kollision, blev sorteret under flyvning af et magnetisk spektrometer og sendt til et kryogent flydende brintmål for at syntetisere kernerne af interesse via proton knockout. Disse knockout -reaktioner blev identificeret via et tidsprojektionskammer placeret omkring det tykke flydende brintmål (100 mm), omfattende et system kendt som MINOS. Endelig, den elektromagnetiske de-excitation, der opstår kvasi-øjeblikkeligt for disse eksotiske kerner, blev detekteret med DALI2-detektoren, som detekterer gammastråler udsendt af kerner ved hjælp af 186 scintillatorer. Kombinationen af ​​disse instrumenter og teknologier er unik i verden, og afgørende for at studere disse hidtil utilgængelige kerner.