Con un certo grado di approssimazione, i nuclei atomici sono sferici, sebbene distorto in misura maggiore o minore. Quando il nucleo è eccitato, la sua forma può cambiare, ma solo per un brevissimo momento, dopo di che ritorna al suo stato originale. Una "seconda faccia" relativamente permanente dei nuclei atomici è stata finora osservata solo negli elementi più massicci. Recentemente, fisici dalla Polonia, Italia, Giappone, Belgio e Romania hanno per la prima volta registrato questo fenomeno in un nucleo leggero.

I nuclei atomici possono cambiare forma a seconda della quantità di energia che possiedono o della velocità con cui ruotano. I cambiamenti legati solo all'aggiunta di energia (e non tenendo conto dello spin) sono relativamente stabili solo nei nuclei degli elementi più massicci. Ora, si scopre che i nuclei di elementi molto più leggeri come il nichel possono persistere anche un po' più a lungo nella loro nuova forma.

I calcoli necessari per la preparazione dell'esperimento si sono rivelati così complessi che è stata necessaria un'infrastruttura informatica di circa un milione di processori per eseguirli. Lo sforzo è stato riportato sul giornale Lettere di revisione fisica .

Costituito da protoni e neutroni, i nuclei atomici sono generalmente considerati strutture sferiche, ma può essere appiattito o allungato lungo uno, Due, o talvolta tre assi. Cosa c'è di più, i nuclei atomici possono cambiare la loro deformazione a seconda della quantità di energia che possiedono, anche quando non girano.

"Quando a un nucleo atomico viene fornita la giusta quantità di energia, può passare a uno stato con una deformazione della forma diversa da quella tipica dello stato di base. Però, questa nuova deformazione, illustrativamente parlando, è molto instabile. Proprio come una palla ritorna alla sua forma originale dopo averla schiacciata, così il nucleo ritorna alla sua forma originale, ma fa così tanto, molto più velocemente, in miliardesimi di miliardesimo di secondo o in un tempo ancora più breve. Quindi, invece di parlare della seconda faccia del nucleo atomico, forse è meglio parlare solo di una smorfia, " spiega il prof. Bogdan Fornal.

Negli ultimi decenni, si sono accumulate prove che confermano che nuclei relativamente stabili con una forma deformata possono essere presenti in un piccolo numero di elementi. Le misurazioni hanno mostrato che i nuclei di alcuni attinidi - elementi con numero atomico da 89 (attinio) a 103 (laurenzio) - sono in grado di mantenere la loro "seconda faccia" anche decine di milioni di volte più lunga di altri nuclei. Gli attinidi sono piuttosto massicci, con protoni e neutroni in totale ben al di sopra di 200. Finora, tra i nuclei non rotanti di elementi più leggeri, non è mai stato osservato uno stato eccitato con una forma deformata caratterizzato da elevata stabilità.

"Abbiamo sottolineato che due modelli teorici di eccitazione nucleare prevedono l'esistenza di stati relativamente stabili con forme deformate nei nuclei degli elementi leggeri. Successivamente, è apparso un terzo modello che ha portato a conclusioni simili. La nostra attenzione è stata attirata dal nichel-66, perché era presente nelle previsioni di tutti e tre i modelli, " ricorda il prof. Fornal.

Il nuovo metodo sperimentale proposto dalla Prof.ssa Silvia Leoni (UniMi), combinato con il sofisticato modello di shell Monte Carlo sviluppato dai teorici dell'Università di Tokyo, consentito la progettazione di adeguati, misurazioni accurate. L'esperimento è stato condotto presso l'acceleratore Tandem Pelletron 9 MV operante presso l'Istituto Nazionale Romeno di Fisica e Ingegneria Nucleare (IFIN-HH).

Nell'esperimento di Bucarest, un bersaglio di nichel-64 è stato sparato con nuclei di ossigeno-18. Rispetto all'ossigeno-16, che è l'isotopo principale (99,76%) dell'ossigeno atmosferico, questi nuclei contengono altri due neutroni. Durante le collisioni, entrambi i neutroni in eccesso possono essere trasferiti ai nuclei di nichel, con conseguente creazione di nichel-66, la cui forma di base è quasi una sfera ideale. Con energie di collisione opportunamente selezionate, una piccola porzione dei nuclei di Ni-66 così formati raggiunge un certo stato con una forma deformata che, come hanno mostrato le misurazioni, si è rivelato leggermente più stabile di tutti gli altri stati eccitati associati a deformazioni significative. In altre parole, il nucleo era in un locale, minimo profondo di potenziale.

"L'estensione della durata della vita della forma deformata del nucleo di Ni-66 non è così spettacolare come quella degli attinidi. Abbiamo registrato solo una crescita di cinque volte. Tuttavia, la misura era eccezionale, perché è stata la prima osservazione del genere nei nuclei leggeri, "dice il prof. Fornal, il quale sottolinea che i tempi di ritardo misurati del ritorno allo stato di base corrispondono in misura accettabile ai valori previsti dal nuovo modello teorico. Nessuno dei precedenti modelli di struttura nucleare consentiva previsioni così dettagliate. Ciò suggerisce che il nuovo approccio teorico dovrebbe essere utile per descrivere diverse migliaia di nuclei che non sono ancora stati scoperti.