In un lavoro pubblicato su Lettere di revisione fisica , i ricercatori del RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science e di due università in Vietnam, la Duy Tan University e l'Università di Khanh Hoa, hanno compiuto un importante passo avanti proponendo, per la prima volta, un approccio microscopico unificato e coerente in grado di descrivere contemporaneamente due importanti quantità per comprendere le proprietà statistiche dei nuclei - la densità del livello nucleare e la probabilità di emissione di raggi gamma dai nuclei caldi - che svolgono ruoli essenziali nella nucleosintesi stellare.

In accordo con le regole della meccanica quantistica, il nucleo atomico ha livelli energetici discreti. All'aumentare dell'energia di eccitazione, la distanza tra i livelli diminuisce rapidamente, rendendoli densamente affollati. In questa condizione, trattare con i singoli livelli nucleari diventa impraticabile. Anziché, è più conveniente considerare le proprietà medie delle eccitazioni nucleari in termini di due quantità, note come densità del livello nucleare (NLD) e funzione della forza radiativa (RSF). L'ex, introdotto da Hans Bethe 80 anni fa, è il numero di livelli eccitati per unità di energia di eccitazione. Quest'ultimo, proposto da Blatt e Weisskopf 64 anni fa, descrive la probabilità che venga emesso un fotone ad alta energia (raggi gamma).

Queste due quantità sono indispensabili per comprendere la nucleosintesi astrofisica, compresi i calcoli delle velocità di reazione nel cosmo e la produzione di elementi, così come in tecnologie come la produzione di energia nucleare e la trasmutazione delle scorie nucleari. Perciò, lo studio di queste quantità è diventato un argomento chiave nella fisica nucleare. Quest'area ha guadagnato slancio nel 2000 dopo che gli sperimentalisti dell'Università di Oslo hanno proposto un metodo per estrarre simultaneamente i due dallo spettro di decadimento gamma primario ottenuto in un singolo esperimento. Questo metodo, però, soffre di incertezze legate al processo di normalizzazione. Data l'importanza di queste due grandezze, è imperativo avere una base teorica coerente per comprenderli. Ciò nonostante, una teoria unificata in grado di descrivere simultaneamente e microscopicamente sia la NLD che la RSF è stata finora assente.

Ora, impiegando i campi medi di nucleoni indipendenti (protoni e neutroni), gli autori hanno risolto esattamente il problema dell'accoppiamento dei superfluidi dei nucleoni. Queste soluzioni esatte sono impiegate per costruire la funzione di partizione per il calcolo della NLD. Per calcolare l'RSF, gli esatti gap di pairing di neutroni e protoni e le relative quantità ottenute dalla stessa funzione di partizione sono inseriti nel microscopico Phhonon Damping Model proposto nel 1998 da uno degli autori, Nguyen Dinh Dang del RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science, in collaborazione con Akito Arima per descrivere il comportamento della risonanza del dipolo gigante (GDR) in nuclei altamente eccitati.

"Il buon accordo tra le previsioni del presente approccio e i dati sperimentali indica che l'uso di soluzioni esatte per l'accoppiamento è davvero molto importante per la descrizione coerente sia di NLD che di RSF a basse e intermedie energie di eccitazione e raggi gamma, " dice Nguyen Quang Hung della Duy Tan University, il corrispondente autore dell'articolo.

Commentando questo lavoro, Nguyen Dinh Dang afferma:"Il nostro approccio mostra che la dipendenza dalla temperatura della forma della DDR nei nuclei caldi è cruciale per la corretta descrizione della probabilità di emissione di raggi gamma a basse energie di raggi gamma. Il prossimo obiettivo è sviluppare una approccio coerente basato sull'accoppiamento esatto e sulla struttura microscopica degli stati vibrazionali per studiare le eccitazioni collettive nucleari."