Scienziati del Dipartimento di Fisica e del Centro di ricerca per la fisica nucleare (RCNP) dell'Università di Osaka, in collaborazione con l'Università di Kyoto, ha usato lo scattering anelastico delle particelle alfa per mostrare che lo "stato condensato 5α" teorizzato esiste nel neon-20. Questo lavoro può aiutarci a comprendere meglio i sistemi a molti corpi di nucleoni a bassa densità.

Tutti gli elementi oltre all'idrogeno e all'elio devono essere stati fusi all'interno della fornace nucleare di una stella. La resa durante queste reazioni di carbonio-12, che ha sei protoni e sei neutroni, è aumentato da un'insolita stranezza in quanto 12 è divisibile per 4. Ciò significa che data un po' di energia in più, i nucleoni nel carbonio possono formare tre particelle alfa, composto da due protoni e due neutroni ciascuno, e queste particelle alfa possono essere condensate nell'orbita a energia più bassa nel carbonio-12. L'esistenza di uno stato alfa condensato in isotopi più pesanti con pesi atomici divisibili per quattro, come neon-20, è stato teorizzato, ma rimase incerto. Questi stati condensati fornirebbero una finestra unica nel mondo della fisica nucleare. Questo perché le densità della maggior parte dei nuclei normali sono molto simili tra loro, mentre lo stato alfa condensato sarebbe un esempio di un sistema a molti corpi a bassa densità. Misurare le proprietà di protoni e neutroni in uno stato così diluito sarebbe molto utile per comprendere la natura della materia nucleare a bassa densità che esiste sulla superficie delle stelle di neutroni.

Ora, un team di ricercatori guidati dall'Università di Osaka ha fornito prove sperimentali che questi stati eccitati esistono nel neon-20. Sparando particelle alfa contro un gas al neon, osservarono che i prodotti di decadimento indicavano l'esistenza di specifici stati energetici nel nucleo originario. Questi corrispondevano molto bene alle previsioni dello stato condensato 5α, in cui i 10 protoni e i 10 neutroni sono raggruppati in cinque particelle alfa nell'orbita a energia più bassa.

"Siamo stati in grado di ottenere risultati così precisi perché siamo stati in grado di misurare le particelle di decadimento dallo stato eccitato, " Spiega il primo autore Satoshi Adachi. "Abbiamo sviluppato un sistema target di gas neon-20 arricchito isotopicamente con una finestra di tenuta del gas ultrasottile in SiNx. Abbiamo scoperto che era fondamentale misurare particelle alfa anelasticamente disperse ad angoli molto avanzati, compresi 0 gradi, dove lo stato alfa condensato è stato eccitato selettivamente. Questa misurazione è stata molto difficile, ma un raggio di alta qualità fornito dai ciclotroni ben sintonizzati dell'RCNP ci ha permesso di condurlo." Queste tecniche hanno permesso agli scienziati di effettuare un confronto dettagliato tra i calcoli statistici del modello di decadimento e l'esperimento.

"Ci aspettiamo che questa ricerca accelererà i progressi nella nostra comprensione degli ambienti estremi, come la superficie di una stella di neutroni, ", afferma l'autore senior Takahiro Kawabata. Il lavoro può anche essere esteso a isotopi ancora più pesanti che seguono il modello "divisibile per quattro".