Il nucleo atomico offre un'opportunità unica per studiare la competizione tra tre delle quattro forze fondamentali note per esistere in natura, l'interazione nucleare forte, l'interazione elettromagnetica e l'interazione nucleare debole. Solo la forza gravitazionale molto più debole è irrilevante per la descrizione delle proprietà nucleari. Sebbene in generale il decadimento di uno stato nucleare eccitato segua la gerarchia di queste forze, a volte ci sono eccezioni.
In un recente esperimento eseguito presso la Radioactive Isotope Beam Factory di RIKEN, una collaborazione internazionale con scienziati di undici paesi, guidato da scienziati dell'Instituto de Estructura de la Materia, CSIC (Spagna) e il RIKEN Nishina Center (Giappone), fece un'osservazione molto sorprendente:i raggi gamma ad alta energia, che sono mediati dalla forza elettromagnetica, vengono emessi nel decadimento di un certo nucleo eccitato, stagno 133, in competizione con l'emissione di neutroni, la modalità di decadimento mediata dalla forza nucleare forte. Questo nonostante il fatto che ci si aspettava che l'emissione di neutroni fosse ordini di grandezza più veloce poiché la forza è molto più forte.
La scoperta, pubblicato in Lettere di revisione fisica , è stato realizzato utilizzando il nucleo ricco di neutroni 133Sn, che consiste in un singolo neutrone accoppiato al nucleo doppiamente magico 132Sn, un nucleo molto stabile a causa del suo stato doppiamente magico. I nuclei sono stati prodotti eliminando un neutrone da un nucleo leggermente più pesante, 134Sn, alle energie relativistiche. La radiazione gamma emessa nel decadimento dei suoi stati eccitati è stata rilevata utilizzando lo spettrometro a raggi gamma DALI2.
Secondo Pieter Doornenbal del Centro Nishina, "Questo è stato abbastanza sorprendente in quanto ci aspetteremmo che l'emissione di neutroni sia molto più veloce. Riteniamo che la capacità del decadimento elettromagnetico di competere con successo con l'emissione di neutroni sia dovuta agli effetti della struttura nucleare, uno degli ingredienti della regola d'oro di Fermi che descrive la probabilità che si verifichi un certo processo di decadimento."
I risultati del RIBF suggeriscono che gli effetti sulla struttura, che sono comunemente trascurati nella valutazione delle probabilità di emissione di neutroni nei calcoli delle proprietà globali di decadimento beta per simulazioni astrofisiche, sono molto più importanti di quanto generalmente ritenuto, in particolare nella regione "sud-est" di 132Sn, dove i nuclei sono molto ricchi di neutroni.
Secondo Doornenbal, "Uno dei significati di questa scoperta è che potrebbe aiutarci a comprendere meglio la sintesi nucleare degli elementi nel nostro Universo, in altre parole, come il nostro Universo è arrivato ad avere i nuclei che ha. Si ritiene che quasi la metà degli elementi pesanti oltre il ferro siano prodotti da quello che è noto come processo r, che avviene nelle supernove. L'emissione di neutroni viene solitamente emessa dai calcoli sul decadimento dei nuclei ricchi di neutroni, perché non si ritiene che svolga un ruolo importante. Ma il nostro lavoro mostra che potrebbe essere necessario riconsiderare questo aspetto, e che la nostra comprensione di come i nuclei vengono prodotti dal processo r potrebbe dover essere rivista".
