Till en viss grad av approximation, atomkärnor är sfäriska, fast snedvridna i större eller mindre utsträckning. När kärnan är upphetsad, dess form kan förändras, men bara för ett extremt kort ögonblick, varefter den återgår till sitt ursprungliga tillstånd. En relativt permanent "andra sida" av atomkärnor har hittills bara observerats i de mest massiva elementen. Nyligen, fysiker från Polen, Italien, Japan, Belgien och Rumänien har för första gången registrerat detta fenomen i en ljuskärna.

Atomkärnor kan ändra sin form beroende på mängden energi de besitter eller hastigheten med vilken de snurrar. Förändringar som enbart är relaterade till tillägg av energi (och inte redovisar snurr) är relativt stabila endast i kärnor av de mest massiva elementen. Nu, det visar sig att kärnorna i mycket lättare element som nickel också kan kvarstå lite längre i sin nya form.

De beräkningar som var nödvändiga för att förbereda experimentet visade sig vara så komplexa att en datorinfrastruktur på cirka en miljon processorer krävdes för att utföra dem. Ansträngningen har rapporterats i tidningen Fysiska granskningsbrev .

Konstruerad av protoner och neutroner, atomkärnor anses i allmänhet vara sfäriska strukturer, men kan plattas eller förlängas längs en, två, eller ibland tre axlar. Vad mer, atomkärnor kan ändra sin deformation beroende på mängden energi de besitter, även när de inte snurrar.

"När en atomkärna levereras med rätt mängd energi, det kan övergå till ett tillstånd med en annan formdeformation än vad som är typiskt för grundtillståndet. Dock, denna nya deformation, illustrativt sett, är väldigt instabil. Precis som en boll återgår till sin ursprungliga form efter att ha pressat den, så kärnan återgår till sin ursprungliga form, men det gör så mycket, mycket snabbare - i miljarder av en miljarddel av en sekund eller ännu kortare tid. Så istället för att prata om atomkärnans andra sida, det är nog bättre att prata om bara en grimas, "förklarar professor Bogdan Fornal.

Under de senaste decennierna har bevis har ackumulerats som bekräftar att relativt stabila kärnor med en deformerad form kan finnas i ett litet antal element. Mätningar har visat att kärnorna i vissa aktinider - element med atomnummer från 89 (actinium) till 103 (lawrencium) - kan behålla sitt "andra ansikte" till och med tiotals miljoner gånger längre än andra kärnor. Actinides är ganska massiva, med protoner och neutroner på totalt över 200. Hittills har bland de icke-snurrande kärnorna i lättare element, ett upphetsat tillstånd med en deformerad form som kännetecknas av hög stabilitet har aldrig observerats.

"Vi påpekade att två teoretiska modeller för nukleär excitation förutsäger förekomsten av relativt stabila tillstånd med deformerade former i kärnorna hos ljuselement. Senare, en tredje modell dök upp som också ledde till liknande slutsatser. Vår uppmärksamhet riktades till nickel-66, eftersom det var närvarande i förutsägelserna för alla tre modellerna, "påminner prof. Fornal.

Den nya experimentella metoden som föreslagits av prof. Silvia Leoni (UniMi), kombinerat med den beräknat sofistikerade Monte Carlo -skalmodellen som utvecklats av Tokyo -universitetets teoretiker, möjliggjort utformningen av lämpliga, noggranna mätningar. Experimentet utfördes på 9 MV FN Pelletron Tandem-acceleratorn som opererade i rumänska National Institute of Physics and Nuclear Engineering (IFIN-HH).

I experimentet i Bukarest, ett mål för nickel-64 avfyrades med kärnor av syre-18. I förhållande till syre-16, som är den främsta (99,76%) isotopen för atmosfäriskt syre, dessa kärnor innehåller ytterligare två neutroner. Under kollisionerna båda överskottet av neutroner kan överföras till nickelkärnorna, vilket resulterar i skapandet av nickel-66, vars grundform nästan är en idealisk sfär. Med korrekt utvalda kollisionsenergier, en liten del av de bildade Ni-66-kärnorna uppnår ett visst tillstånd med en deformerad form som, som mätningarna visade, visat sig vara något mer stabil än alla andra upphetsade tillstånd som är förknippade med signifikant deformation. Med andra ord, kärnan var i en lokal, djupt minsta möjliga potential.

"Förlängningen av livslängden för den deformerade formen på Ni-66-kärnan är inte lika spektakulär som aktinidernas. Vi registrerade bara femfaldig tillväxt. Ändå, mätningen var exceptionell, eftersom det var den första observationen av sitt slag i ljuskärnor, "säger prof. Fornal, som betonar att de uppmätta fördröjningstiderna för återgång till grundläget i acceptabel omfattning överensstämmer med de värden som tillhandahålls av den nya teoretiska modellen. Ingen av de tidigare modellerna av kärnkraftsstruktur tillät sådana detaljerade förutsägelser. Detta tyder på att det nya teoretiska tillvägagångssättet bör vara till hjälp för att beskriva flera tusen kärnor som ännu inte har upptäckts.