Molti elementi pesanti, come l'oro, si pensa che si formino in ambienti cosmici ricchi di neutroni, si pensi alle supernove o alle fusioni di stelle di neutroni. In questi scenari estremi, i nuclei atomici possono catturare rapidamente neutroni e diventare più pesanti, creazione di nuovi elementi. Ai confini della carta nucleare, che dispone tutti i nuclei conosciuti secondo il loro numero di protoni e neutroni, giacciono nuclei inesplorati che sono cruciali per comprendere i dettagli di questo rapido processo di cattura dei neutroni. Questo è particolarmente vero per i nuclei con meno di 82 protoni e più di 126 neutroni.

I ricercatori che utilizzano la struttura di fisica nucleare ISOLDE del CERN sono ora entrati in questa regione quasi inesplorata della carta nucleare con un primo studio sulla struttura dei neutroni dell'isotopo di mercurio ²⁰⁷ Hg. Questo isotopo non è direttamente coinvolto nel processo di cattura rapida dei neutroni, o "r-processo, " ma è un vicino relativamente vicino dei nuclei del processo r che si trovano in questa regione quasi inesplorata. Come tale, ²⁰⁷ Il mercurio potrebbe aiutare a rivelare alcuni dei segreti nucleari dei nuclei del processo r e quindi far luce sull'origine degli elementi pesanti.

Per studiare la struttura dei neutroni di ²⁰⁷ mercurio, i ricercatori hanno prima preso ²⁰⁶ Isotopi di mercurio che sono stati prodotti insieme a centinaia di altri isotopi esotici a ISOLDE sparando un fascio di protoni da 1,4 miliardi di elettronvolt dal Proton Synchrotron Booster su un bersaglio di piombo fuso. Il ²⁰⁶ isotopi di mercurio, che hanno un neutrone in meno nel nucleo di ²⁰⁷ mercurio, sono stati poi accelerati nell'acceleratore HIE-ISOLDE della struttura fino a un'energia di circa 1,52 miliardi di elettronvolt, l'energia più alta mai raggiunta a HIE-ISOLDE. I ricercatori si sono poi concentrati sul ²⁰⁶ Isotopi di mercurio su un bersaglio di deuterio all'interno dello spettrometro a solenoide ISOLDE (ISS), uno spettrometro magnetico di nuova concezione che era in grado di rivelare eventi in cui il ²⁰⁶ Gli isotopi di mercurio catturano un neutrone e si trasformano in eccitati ²⁰⁷ isotopi di mercurio.

Dall'analisi di questi eventi, i ricercatori hanno determinato le energie di legame degli orbitali nucleari in cui viene catturato il neutrone, questo è, il grado in cui il neutrone catturato è legato agli altri neutroni e protoni. Hanno quindi inserito questi risultati in modelli teorici del processo r per testare e sfidare questi modelli.

"Questo risultato segna la prima esplorazione della struttura dei neutroni del ²⁰⁷ nucleo di mercurio, aprendo la strada a futuri studi sperimentali, con lo strumento ISS presso ISOLDE e presso le strutture di fisica nucleare di nuova generazione, della regione nucleare quasi inesplorata dove ²⁰⁷ Hg bugie, " afferma il ricercatore principale Ben Kay dell'Argonne National Laboratory, dove è stata sperimentata la tecnica che sta alla base della ISS.

"Questo studio è stato possibile grazie a tre cose:il sistema di accelerazione HIE-ISOLDE completato, che ora consente agli isotopi radioattivi di essere accelerati a energie prossime a 10 milioni di elettronvolt per protone o neutrone; l'installazione della ISS, un ex magnete per risonanza magnetica riproposto per studi di nuclei esotici da una collaborazione del Regno Unito, Belgio e CERN; e, ultimo, ma non per importanza, un sistema di rilevamento di particelle che è stato fornito dall'Argonne National Laboratory e ha permesso di eseguire l'esperimento poco prima dell'inizio della chiusura in corso del complesso di acceleratori del CERN, " ha spiegato la portavoce di ISOLDE Gerda Neyens.