Ett internationellt team som leds av forskare från IPN Orsay (CNRS/Université Paris-Sud), CEA, och RIKEN (Japan) har utfört den första spektroskopin av de extremt neutronrika isotoperna krypton 98 och 100. Detta experiment visade att det finns två samexisterande, konkurrerande kvantformer vid låg energi i 98Kr, aldrig tidigare sett för neutronrika Kr-isotoper. Teamet visade också att dessa isotoper upplever en mild början av deformation med tillsatta neutroner, i skarp kontrast till närliggande isotoper av rubidium, strontium, och zirkonium, som plötsligt ändrar form vid neutron nummer 60. Denna studie markerar ett avgörande steg mot en förståelse av gränserna för denna kvantfasövergångsregion, och publicerades i Physical Review Letters.

Hur protoner och neutroner är arrangerade i en kärna beror direkt på kraften som binder dem samman. Denna nukleära interaktion, fortfarande dåligt förstådd, ger upphov till ibland plötsliga och överraskande kvantfenomen som fullständig rumslig omorganisation av nukleoner när de passerar från 59 till 60 neutroner i zirkonium (atomnummer 40) och strontium (atomnummer 38) isotoper. Dessa abrupta förändringar illustrerar det komplexa samspelet mellan kärnkraftsystemens kollektiva egenskaper, som former, och deras inneboende mikroskopiska frihetsgrader, såsom neutron- och protonnummer. Att studera och förstå detta samspel är viktigt för att begränsa kärnkraftsmodeller.

Tills nu, krypton isotoper hade studerats fram till ⁹⁶ Kr, som har exakt 60 neutroner och var känd för att vara stopppunkten för formövergången. Detta experiment utfört på RIKEN tillät forskare, för första gången, för att bestämma energin i de första upphetsade tillstånden i ^{98, 100} Kr och för att bevisa en progressiv ökning av deformation som går från 60 till 62 eller 64 neutroner. Utöver den något långsammare utvecklingen av jämviktsformen för dessa kärnor, ett upphetsat tillstånd mätt vid låg energi antyder närvaron av en annan konkurrerande konfiguration. Teoretiska modeller kopplar förekomsten av dessa lågt liggande tillstånd till samexistensen av två olika ellipsoida former vid låg energi.

Dessa resultat möjliggjordes av produktion av mycket neutronrika kärnor vid Radioactive Isotope Beam Factory (RIBF) vid RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science i Japan. Ungefär 150 miljarder uran 238 kärnor per sekund accelererades till 70% av ljusets hastighet och kolliderade med ett berylliummål. De klyvningsprodukter som skapades under denna kollision sorterades under flygning av en magnetisk spektrometer och skickades till ett kryogent vätskemål för att syntetisera kärnorna av intresse via proton knockout. Dessa knockout -reaktioner identifierades via en tidsprojektionskammare som ligger runt det tjocka vätskemålet (100 mm), omfattande ett system som kallas MINOS. Till sist, den elektromagnetiska de-excitation som inträffar kvasi-ögonblickligen för dessa exotiska kärnor detekterades med DALI2-detektorn, som detekterar gammastrålar som avges av kärnor med hjälp av 186 scintillatorer. Kombinationen av dessa instrument och teknik är världsunik, och avgörande för att studera dessa hittills otillgängliga kärnor.