Forskare från Institutionen för fysik och Research Center for Nuclear Physics (RCNP) vid Osaka University, i samarbete med Kyoto University, använde oelastisk spridning av alfa-partiklar för att visa att det teoretiserade "5α-kondenserade tillståndet" existerar i neon-20. Detta arbete kan hjälpa oss att få en bättre förståelse av lågdensitetsnukleons mångkroppssystem.

Alla element förutom väte och helium måste ha smält inuti kärnugnen i en stjärna. Utbytet under dessa reaktioner av kol-12, som har sex protoner och sex neutroner, ökas med en ovanlig egendom genom att 12 är delbart med 4. Detta innebär att givet lite extra energi, nukleonerna i kol kan bilda tre alfapartiklar, bestående av två protoner och två neutroner vardera, och dessa alfapartiklar kan kondenseras till den lägsta energibanan i kol-12. Förekomsten av ett alfakondenserat tillstånd i tyngre isotoper med atomvikter delbart med fyra, som neon-20, har teoretiserats, men förblev osäker. Dessa kondenserade stater skulle ge ett unikt fönster in i kärnfysikens värld. Detta beror på att densiteten hos de flesta normala kärnor är mycket lika varandra, medan det alfakondenserade tillståndet skulle vara ett exempel på ett mångkroppssystem med låg densitet. Att mäta egenskaperna hos protoner och neutroner i ett sådant utspätt tillstånd skulle vara till stor hjälp för att förstå naturen hos lågdensitets kärnämne som finns på ytan av neutronstjärnor.

Nu, ett team av forskare under ledning av Osaka University har tillhandahållit experimentella bevis på att dessa upphetsade tillstånd finns i neon-20. Genom att skjuta alfapartiklar mot en neongas, de observerade att sönderfallsprodukterna indikerade förekomsten av specifika energitillstånd i den ursprungliga kärnan. Dessa stämde mycket bra med förutsägelser om 5α -kondenserat tillstånd, där de 10 protonerna och de 10 neutronerna grupperas i fem alfapartiklar i den lägsta energibanan.

"Vi kunde få så exakta resultat eftersom vi kunde mäta sönderfallspartiklarna från det exciterade tillståndet, "författaren Satoshi Adachi förklarar." Vi utvecklade ett isotopiskt berikat neon-20 gasmålsystem med ett ultratunt gastätande fönster av SiNx. Vi fann att det var avgörande att mäta oelastiskt spridda alfapartiklar i mycket framåtvinklar inklusive 0 grader, där alfakondenserat tillstånd selektivt upphetsades. Denna mätning var mycket svår, men en högkvalitativ stråle från de väl avstämda cyklotronerna vid RCNP gjorde att vi kunde utföra den. "Dessa tekniker gjorde det möjligt för forskarna att göra en detaljerad jämförelse mellan beräkningarna av den statistiska sönderfallsmodellen och experimentet.

"Vi förväntar oss att denna forskning kommer att påskynda framstegen i vår förståelse av extrema miljöer, som ytan på en neutronstjärna, "säger författaren Takahiro Kawabata. Arbetet kan också utvidgas till ännu tyngre isotoper som följer mönstret" delbart med fyra ".