Forskare från RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science och medarbetare har visat att att slå ut en enskild proton från en fluorkärna – omvandla den till en neutronrik isotop av syre – kan ha stor effekt på kärnans tillstånd. Detta arbete kan hjälpa till att förklara ett fenomen som kallas syreneutrondropplinjeanomali.

Neutrondropplinjen är en punkt där tillsats av en enda neutron till en kärna kommer att leda till att den omedelbart droppar en neutron, och detta sätter en gräns för hur neutronrik en kärna kan vara. Detta är viktigt för att förstå neutronrika miljöer som supernovor och neutronstjärnor, eftersom kärnor vid dropplinjen ofta genomgår betasönderfall, där en proton omvandlas till en neutron, driver upp det periodiska systemet.

Vad som var dåligt förstått är varför droppledningen för syre, med 8 protoner, är 16 neutroner, medan den för fluor, med bara en extra proton, är 22 neutroner, ett mycket större antal. För att försöka förstå varför, forskargruppen använde RI Beam Factory, drivs av RIKEN och University of Tokyo, att skapa en exotisk kärna, fluor 25, som har 9 protoner och 16 neutroner. De 16 neutronerna och 8 av protonerna bildar ett komplett skal, vilket gör den till en "dubbelt magisk" kärna som är särskilt stabil, och den extra protonen - känd som en "valensproton" - finns utanför den kärnan. Strålen kolliderade sedan med ett mål för att slå ut protonen, lämnar syre 24, och SHARAQ-spektrometern användes för att analysera den resulterande kärnan.

Forskarna analyserade vad som kallas 'spektroskopisk faktor, ' som används för att mäta effekterna av interaktioner mellan nukleoner i en kärna på enskilda partiklar.

Konventionell visdom skulle vara att att slå ut protonerna skulle lämna kärnan - syre 24 - i det lägsta energitillståndet som kallas grundtillståndet. Dock, experimentet fann att detta inte var sant, och att syret 24 i kärnan av fluorisotopen för det mesta existerade i exciterade tillstånd helt annorlunda än syret 24 självt.

Enligt Tsz Leung Tang, huvudförfattaren till studien, publiceras i Fysiska granskningsbrev , "Det här är ett ganska spännande resultat, och det berättar för oss att tillägget av en enda valensproton till en kärnkärna – en dubbelt magisk sådan i det här fallet – kan ha en betydande effekt på kärnans tillstånd. Beräkningar visade att kända interaktioner, inklusive tensorkraftseffekter, var otillräckliga för att förklara detta resultat. Vi planerar att genomföra ytterligare experiment för att fastställa mekanismen som är ansvarig för förlängningen av droppledningen i fluor."