Atomkärnan erbjuder ett unikt tillfälle att studera konkurrensen mellan tre av de fyra grundkrafter som man vet finns i naturen, den starka kärnkraftsinteraktionen, den elektromagnetiska interaktionen och den svaga kärnkraftsinteraktionen. Endast den mycket svagare gravitationskraften är irrelevant för beskrivningen av kärnkraftsegenskaper. Även om förfallet av en upphetsad kärnkraftsstat i allmänhet följer dessa krafters hierarki, det finns ibland undantag.
I ett experiment som nyligen utförts på den radioaktiva isotopstrålfabriken på RIKEN, ett internationellt samarbete med forskare från elva länder, ledd av forskare vid Instituto de Estructura de la Materia, CSIC (Spanien) och RIKEN Nishina Center (Japan), gjorde en mycket överraskande observation:Högenergigammastrålar-som förmedlas av den elektromagnetiska kraften-avges i förfallet av en viss upphetsad kärna-tenn 133, i konkurrens med neutronemission, sönderfallsläget förmedlat av den starka kärnkraften. Detta trots att neutronutsläppet förväntades bli storleksordningar snabbare eftersom styrkan är mycket starkare.
Upptäckten, publicerad i Fysiska granskningsbrev , gjordes med hjälp av den neutronrika kärnan 133Sn, som består av en enda neutron kopplad till den dubbel-magiska kärnan 132Sn, en kärnor som är mycket stabila på grund av dess dubbel-magiska status. Kärnorna producerades och slog ut en neutron från en något tyngre kärna, 134Sn, vid relativistiska energier. Gammastrålningen som avges i sönderfallet av dess upphetsade tillstånd detekterades med hjälp av gammastrålspektrometern DALI2.
Enligt Pieter Doornenbal från Nishina Center, "Det här var ganska förvånande eftersom vi skulle förvänta oss att neutronemissionerna kommer att bli mycket snabbare. Vi tror att elektromagnetiska sönderfallets förmåga att framgångsrikt konkurrera med neutronemission beror på kärnkraftsstruktureffekter, en av ingredienserna i Fermis gyllene regel som beskriver sannolikheten för att en viss förfallsprocess ska inträffa. "
RIBF -resultaten tyder på att struktureffekter, som vanligtvis försummas vid utvärderingen av neutronemissionssannolikheter vid beräkningar av globala betaförfallande egenskaper för astrofysiska simuleringar, är mycket viktigare än allmänt antaget, särskilt i regionen "sydöstra" 132Sn, där kärnor är mycket neutronrika.
Enligt Doornenbal, "En av betydelserna av detta fynd är att det kan hjälpa oss att få en bättre förståelse av kärnkraftssyntesen av elementen i vårt universum - med andra ord, hur vårt universum fick de kärnor som det har. Nästan hälften av de tunga elementen bortom järn tros vara gjorda av det som kallas r -processen, som utspelar sig i supernovor. Neutronemission avges vanligtvis från beräkningar av förfall av neutronrika kärnor, eftersom det inte anses spela en viktig roll. Men vårt arbete visar att detta kan behöva omprövas, och att vår förståelse för hur kärnor produceras av r -processen kan behöva ses över. "
