I nuclei atomici hanno solo due ingredienti, protoni e neutroni, ma il numero relativo di questi ingredienti fa una differenza radicale nelle loro proprietà. Alcune configurazioni di protoni e neutroni, con "numeri magici" di protoni o neutroni disposti in gusci pieni all'interno del nucleo, sono più vincolati di altri. I rari nuclei con gusci completi di protoni e neutroni, che sono chiamati doppiamente magici, mostrano un'energia di legame particolarmente potenziata e sono eccellenti casi di test per gli studi sulle proprietà nucleari.

In un articolo appena pubblicato su Fisica della natura , Maxime Mougeot del CERN e colleghi descrivono calcoli teorici e risultati sperimentali dalla struttura ISOLDE del CERN che gettano nuova luce su uno dei nuclei doppiamente magici più iconici:lo stagno-100.

Con 50 protoni e 50 neutroni, tin-100 è di particolare interesse per gli studi di proprietà nucleari perché, oltre ad essere doppiamente magico, è il nucleo più pesante che comprende protoni e neutroni in egual numero, una caratteristica che gli conferisce uno dei decadimenti beta più forti, in cui un positrone (l'antiparticella di un elettrone) viene emesso per produrre un nucleo figlio.

Gli studi sul decadimento beta dello stagno-100 hanno difficoltà a produrlo. Inoltre, i due più recenti studi di questo tipo, al RIKEN in Giappone da Lubos e colleghi e al GSI in Germania da Hinke e colleghi, producono valori diversi per l'energia rilasciata nel decadimento, risultando in valori discrepanti per la massa di stagno-100.

I recenti sviluppi presso lo stabilimento ISOLDE hanno consentito la produzione dei nuclei vicini indio-101, indio-100 e indio-99, un semplice protone al di sotto dello stagno-100. Nel loro nuovo studio, Mougeot e colleghi hanno utilizzato tutto l'armamento sperimentale del set-up ISOLTRAP della struttura per misurare le masse di questi nuovi membri della famiglia ISOLDE, in particolare la massa di indio-100.

"La massa di stagno-100 può essere derivata da quella di indio-100 e l'energia rilasciata nel decadimento beta di stagno-100 in indio-100, "dice Mougeot, "Quindi la nostra misurazione della massa indio-100 ha afferrato questo iconico nucleo doppiamente magico per la coda".

La misurazione della massa ISOLTRAP dell'indio-100 è novanta volte più precisa della precedente, amplificando la discrepanza nei valori della massa di stagno-100 dedotta dai più recenti studi sul decadimento beta.

I ricercatori hanno quindi effettuato confronti tra le masse misurate dei nuclei di indio e nuovi sofisticati calcoli teorici "ab initio" che tentano di descrivere i nuclei dai primi principi. Questi confronti favoriscono il risultato dell'energia di decadimento beta di Hinke e colleghi rispetto a quello di Lubos e colleghi. Inoltre, mostrano un ottimo accordo tra le misurazioni e i calcoli, dando ai ricercatori grande fiducia che i calcoli catturino l'intricata fisica nucleare dello stagno-100 e dei suoi vicini indio.