Fig. 1 Forze di transizione tra gli stati di spin-0 per nuclei con massa atomica inferiore a 50. Il punto verde mostra la forza di transizione tra lo stato superdeformato e lo stato fondamentale di 40 Ca, che ha il valore più piccolo. I punti rossi sono valori sperimentali e la linea tratteggiata è una curva inversamente proporzionale ai 2/3 della potenza del numero di massa A, che mostra l'andamento tra gli stati di spin-0 rispetto alla massa. Credito:E. Ideguchi
Gli scienziati del Centro di ricerca per la fisica nucleare dell'Università di Osaka, in collaborazione con l'Università nazionale australiana, l'Agenzia per l'energia atomica giapponese, l'Università di Tokyo e l'Università GIT AM, hanno utilizzato misurazioni da un foglio di calcio irradiato con protoni per dedurre la forza di transizione tra diverse configurazioni nucleari in calcio-40. Hanno scoperto che l'interferenza quantistica ha reso la transizione dallo stato allungato "superdeformato" a uno stato sferico normale molto meno probabile del previsto. Questo lavoro può portare a una migliore comprensione di come si formano gli elementi nelle supernove.
In fisica nucleare, alcuni isotopi sono chiamati "magici" perché contengono esattamente il giusto numero di protoni o neutroni per formare un guscio completo. I primi numeri magici sono 2, 8, 20, 28 e 50. Il calcio-40, la forma più abbondante di calcio, è considerato "doppiamente magico" perché ha 20 protoni e 20 neutroni nel suo nucleo. Di conseguenza, questo isotopo è molto stabile. Con i nuclei magici, varie forme del nucleo possono avere energie molto simili, in modo che possa verificarsi la coesistenza. Ciò rappresenta la sovrapposizione quantistica di più di una conformazione di protoni e neutroni contemporaneamente. Tuttavia, il meccanismo di decadimento di un nucleo nella conformazione "superdeformata", a forma di palla da rugby allungata, nella forma sferica a più bassa energia è stato un grande mistero.
Fig. 2 Diagramma schematico di tre stati deformati che coesistono nel nucleo di 40 Ca e nelle transizioni della coppia elettrone-positrone. (A) Transizione dallo stato superdeformato allo stato fondamentale sferico, (B) dallo stato normale deformato allo stato fondamentale e (C) dallo stato superdeformato allo stato normale deformato. Credito:E. Ideguchi
Ora, il team di ricercatori ha utilizzato le misurazioni dell'emissione di elettroni e positroni dalle transizioni di decadimento tra diversi stati dei nuclei di calcio-40 per chiarire il meccanismo. "Abbiamo osservato prove che il decadimento dallo stato eccitato superdeformato allo stato fondamentale sferico è inaspettatamente soppresso in un nucleo di calcio-40", afferma il primo autore Eiji Ideguchi. Il team ha scoperto che la forza di transizione tra questi stati è così piccola a causa dell'interferenza quantistica distruttiva tra configurazioni di forme coesistenti di energie simili.
Per raccogliere dati sperimentali, i protoni sono stati sparati su un bersaglio di calcio e sono stati misurati gli elettroni e i positroni risultanti emessi dagli stati eccitati. "Questo lavoro approfondisce la nostra comprensione degli stati di deformazione coesistenti che sono unici per i nuclei", afferma l'autore senior Tibor Kibédi. Il loro studio sarà pubblicato in Physical Review Letters , e questa ricerca può aiutare gli scienziati a comprendere meglio i processi che danno origine ai diversi elementi dell'universo, nonché la notevole stabilità dei nuclei magici.
Fig. 3 Spettrometro a coppia di elettroni-positroni, Super-e. La linea gialla nella figura mostra l'irradiazione del raggio sul bersaglio. Gli elettroni ei positroni da esso emessi (linee rossa e verde) vengono guidati al rivelatore di Si situato a valle. Credito:T. Kibédi
