Un team internazionale guidato da scienziati dell'IPN Orsay (CNRS/Université Paris-Sud), CEA, e RIKEN (Giappone) ha eseguito la prima spettroscopia degli isotopi estremamente ricchi di neutroni krypton 98 e 100. Questo esperimento ha mostrato che ci sono due coesistenti, forme quantistiche concorrenti a bassa energia in 98Kr, mai visto prima per gli isotopi di Kr ricchi di neutroni. Il team ha anche dimostrato che questi isotopi subiscono un leggero inizio di deformazione con l'aggiunta di neutroni, in netto contrasto con gli isotopi vicini di rubidio, stronzio, e zirconio, che cambiano forma improvvisamente al neutrone numero 60. Questo studio segna un passo decisivo verso la comprensione dei limiti di questa regione di transizione di fase quantistica, ed è stato pubblicato su Physical Review Letters.

Il modo in cui protoni e neutroni sono disposti in un nucleo dipende direttamente dalla forza che li lega insieme. Questa interazione nucleare, ancora poco compreso, dà luogo a fenomeni quantistici a volte improvvisi e sorprendenti come il completo riarrangiamento spaziale dei nucleoni nel passaggio da 59 a 60 neutroni negli isotopi di zirconio (numero atomico 40) e stronzio (numero atomico 38). Questi bruschi cambiamenti illustrano la complessa interazione tra le proprietà collettive dei sistemi nucleari, come forme, e i loro microscopici gradi di libertà intrinseci, come i numeri di neutroni e protoni. Studiare e comprendere questa interazione è essenziale per vincolare i modelli nucleari.

Fino ad ora, Gli isotopi del cripto erano stati studiati fino a ⁹⁶ Kr, che ha esattamente 60 neutroni ed era noto per essere il punto di arresto per la transizione di forma. Questo esperimento condotto al RIKEN ha permesso agli scienziati, per la prima volta, per determinare l'energia dei primi stati eccitati in ^{98, 100} Kr e ad evidenziare un progressivo aumento della deformazione passando da 60 a 62 o 64 neutroni. Al di là dell'evoluzione un po' più lenta della forma di equilibrio per questi nuclei, uno stato eccitato misurato a bassa energia suggerisce la presenza di un'altra configurazione in competizione. I modelli teorici collegano la presenza di questi stati bassi alla coesistenza di due diverse forme ellissoidali a bassa energia.

Questi risultati sono stati resi possibili dalla produzione di nuclei molto ricchi di neutroni presso la Radioactive Isotope Beam Factory (RIBF) presso il RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science in Giappone. Circa 150 miliardi di nuclei di uranio 238 al secondo sono stati accelerati al 70% della velocità della luce e si sono scontrati con un bersaglio di berillio. I prodotti di fissione creati durante questa collisione sono stati smistati in volo da uno spettrometro magnetico e inviati su un bersaglio criogenico di idrogeno liquido per sintetizzare i nuclei di interesse tramite protone knockout. Queste reazioni knockout sono state identificate tramite una camera di proiezione temporale situata attorno al bersaglio di idrogeno liquido denso (100 mm), comprendente un sistema noto come MINOS. Finalmente, la diseccitazione elettromagnetica che si verifica quasi istantaneamente per questi nuclei esotici è stata rilevata con il rivelatore DALI2, che rileva i raggi gamma emessi dai nuclei utilizzando 186 scintillatori. La combinazione di questi strumenti e tecnologie è unica al mondo, ed essenziale per studiare questi nuclei finora inaccessibili.