Ett internationellt samarbete som leds av forskare från University of Hong Kong, RIKEN (Japan), och CEA (Frankrike) har använt RI Beam Factory (RIBF) vid RIKEN Nishina Center for Accelerator-base Science för att visa att 34 är ett "magiskt tal" för neutroner, vilket betyder att atomkärnor med 34 neutroner är mer stabila än normalt skulle förväntas. Tidigare experiment hade föreslagit, men inte tydligt visat, att så skulle vara fallet.

Experimenten, publicerad i Fysiska granskningsbrev , utfördes med kalcium 54, en instabil kärna som har 20 protoner och 34 neutroner. Genom experimenten, forskarna visade att det uppvisar stark skalstängning, en situation med neutroner som liknar det sätt som atomer med slutna elektronskal, såsom helium och neon, är kemiskt inaktiva.

Medan man en gång trodde att protonerna och neutronerna klumpades ihop som en soppa i kärnan, det är nu känt att de är organiserade i skal. Med fullständig fyllning av ett kärnkraftsskal, kallas ofta "magiskt tal, "kärnor uppvisar distinkta attribut som kan undersökas i laboratoriet. Till exempel, en stor energi för det första exciterade tillståndet i en kärna indikerar ett magiskt tal.

Nya studier på neutronrika kärnor har antytt att nya nummer måste läggas till de kända, kanoniska tal på 2, 8, 20, 28, 50, 82, och 126.

Inledande tester på kalcium 54, genomfördes också vid RIBF 2013, hade redan angett att numret borde finnas. Under det nya experimentet forskningsfokus flyttade sig mot att fastställa dess faktiska styrka. I det nuvarande experimentet, teamet runt Sidong Chen mätte direkt antalet neutroner som upptar de enskilda skalen i kalcium 54 genom att noggrant slå ut neutronerna en i taget.

Att göra detta, gruppen använde en stråle som innehöll kalcium med cirka 60% av ljusets hastighet, utvald och identifierad av BigRIPS isotopseparator, och kolliderade strålen i ett mål för tjockt flytande väte, eller protoner, kyls till en oerhört låg temperatur på 20 K. Den detaljerade skalstrukturen för isotopen härleddes från neutronernas tvärsnitt som slogs ut när de kolliderade med protonerna, låta forskarna associera dem med olika skal.

Enligt Pieter Doornenbal från Nishina Center, "För första gången, vi kunde kvantitativt visa att alla neutronskal är helt fyllda i 54Ca, och att 34 neutroner verkligen är ett bra magiskt tal. "Fyndet visar att 34 är en del av uppsättningen magiska tal, även om dess utseende är begränsat till en mycket begränsad region i kärnkarta. Sidong Chen fortsätter "Stora insatser i framtiden kommer att fokusera på att avgränsa denna region. Dessutom har för mer neutronrika system, som 60Ca, ytterligare magiska siffror förutspås. Dessa "exotiska" system ligger för närvarande utanför RIBF:s räckvidd för detaljerade studier, men vi tror att tack vare dess ökande kapacitet, de kommer att bli tillgängliga inom överskådlig framtid. "