I ricercatori della Michigan State University hanno misurato per la prima volta i nuclei di tre isotopi di calcio ricchi di protoni, secondo un nuovo articolo pubblicato in Fisica della natura .

Una delle proprietà fondamentali del nucleo è la sua dimensione. Il raggio nucleare generalmente aumenta con il numero di costituenti protoni e neutroni. Però, se esaminata da vicino, i raggi variano in modi unici, riflettendo l'intricato comportamento di protoni e neutroni all'interno del nucleo.

Di particolare interesse è la variazione dei raggi di carica degli isotopi di calcio. Esibiscono un comportamento peculiare con il calcio-48 che ha quasi lo stesso raggio del calcio-40, un massimo locale a calcio-44, un distinto motivo a zigzag dispari-pari, e un raggio molto ampio per il calcio-52. Sebbene il motivo sia stato parzialmente spiegato (linea grigia nella figura), molte teorie esistenti lottano per spiegare questo comportamento. Al di sotto dell'isotopo stabile più leggero del calcio-40, il raggio di carica è noto solo per il calcio-39, a causa della difficoltà di produrre nuclei di calcio ricchi di protoni.

Il raggio di un nucleo di calcio è piccolo, circa 0,0000000000000035 metri (o 3,5 femtometri), e la variazione locale è ancora 200 volte minore. Inoltre, gli isotopi di calcio ricchi di protoni sono piuttosto di breve durata. Per esempio, il calcio-36 esiste solo per un decimo di secondo. I piccoli cambiamenti nei raggi di carica degli isotopi a vita molto breve possono essere misurati utilizzando la tecnica di spettroscopia laser sviluppata presso la spettroscopia BEam COoler e LAser, BECOLA, presso il National Superconducting Cyclotron Laboratory della Michigan State University.

La ricerca, guidato da Andrew Miller, assistente laureato NSCL, misurato per la prima volta (quadrati rossi in figura) i raggi di carica di tre isotopi di calcio ricchi di protoni (con numeri di massa A=36, 37, 38). Questi si sono rivelati molto più piccoli delle precedenti previsioni teoriche e presentano un nuovo enigma. Però, un modello teorico migliorato con un focus su questi dati attuali riproduce notevolmente l'andamento generale dei raggi dal calcio-36 fino al calcio-52 (linea blu in figura). Questo successo può essere attribuito a una migliore comprensione dei modi peculiari in cui i protoni interagiscono tra loro a grandi distanze al di fuori della superficie di un nucleo di calcio ricco di protoni. La migliore comprensione dei raggi di carica avrà un impatto sugli ulteriori sviluppi di un modello globale del nucleo atomico.

L'esperimento di spettroscopia laser a BECOLA e il modello nucleare migliorato giocheranno un ruolo ancora più essenziale nella determinazione e interpretazione dei raggi dei nuclei presso la Facility for Rare Isotope Beams attualmente in costruzione presso MSU, che fornirà un accesso senza precedenti a nuovi isotopi rari.