Nei nuclei atomici, protoni e neutroni condividono energia e quantità di moto in spazi ristretti. Ma esattamente come condividono l'energia che li tiene legati all'interno del nucleo, e anche dove si trovano all'interno del nucleo, rimangono enigmi chiave per i fisici nucleari.

Un nuovo studio condotto da ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) e della Washington University di St. Louis ha affrontato queste domande sfruttando i dati degli esperimenti di scattering nucleare per stabilire vincoli rigorosi su come i nucleoni (neutroni e protoni) si dispongono nel nucleo. La ricerca appare in due articoli corrispondenti in Revisione fisica C e Lettere di revisione fisica .

La loro analisi mostra che per diversi nuclei cardine, una piccola frazione dei protoni e dei neutroni possiede la parte del leone dell'energia complessiva che li tiene legati nei nuclei, circa il 50 percento in più del previsto dai trattamenti teorici standard.

Ulteriore, lo studio fa nuove previsioni per la "pelle di neutroni" (una regione in cui si accumulano neutroni extra) di diversi nuclei ricchi di neutroni. A sua volta, queste previsioni sono strettamente collegate a come crescono grandi stelle di neutroni e quali elementi sono probabilmente sintetizzati nelle fusioni di stelle di neutroni.

"I nostri risultati indicano quantitativamente come l'asimmetria, gli effetti di carica e guscio contribuiscono alla generazione della pelle di neutroni e guidano una quota sproporzionata dell'energia di legame totale ai nucleoni più profondi, " ha detto Cole Pruitt, Postdoc LLNL e autore principale di entrambi gli articoli.

Comprendere come l'energia dell'asimmetria nucleare cambia con la densità è un input essenziale per l'equazione di stato dei neutroni, che determina la struttura della stella di neutroni. Ma non è facile misurare direttamente le pelli di neutroni. L'esperimento del raggio principale del 2010, o PREX, ha fornito la prima misurazione della pelle di neutroni indipendente dal modello per il piombo-208, ma la misurazione è stata sommersa da una grande incertezza. Un esperimento di follow-up più preciso, PREX II, è stato eseguito nel 2019 ed è previsto che rilasci presto i risultati.

"Un modello completo non dovrebbe solo riprodurre quantità integrate (come il raggio di carica o l'energia di legame totale) ma anche specificare come i nucleoni condividono quantità di moto ed energia, il tutto pur essendo realistici sull'incertezza del modello delle sue previsioni, " ha detto Pruit.