Tot op zekere hoogte bij benadering, atoomkernen zijn bolvormig, hoewel in meer of mindere mate vervormd. Wanneer de kern wordt geëxciteerd, zijn vorm kan veranderen, maar slechts voor een zeer kort moment, waarna het terugkeert naar zijn oorspronkelijke staat. Een relatief permanent 'tweede gezicht' van atoomkernen is tot nu toe alleen waargenomen in de meest massieve elementen. Onlangs, natuurkundigen uit Polen, Italië, Japan, België en Roemenië hebben dit fenomeen voor het eerst geregistreerd in een lichte kern.

Atoomkernen kunnen van vorm veranderen afhankelijk van de hoeveelheid energie die ze bezitten of de snelheid waarmee ze draaien. Veranderingen die alleen verband houden met de toevoeging van energie (en die geen rekening houden met spin) zijn alleen relatief stabiel in kernen van de meest massieve elementen. Nutsvoorzieningen, het blijkt dat de kernen van veel lichtere elementen zoals nikkel ook wat langer in hun nieuwe vorm kunnen blijven staan.

De berekeningen die nodig waren voor de voorbereiding van het experiment bleken zo complex dat een computerinfrastructuur van ongeveer een miljoen processors nodig was om ze uit te voeren. De inspanning is gerapporteerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .

Opgebouwd uit protonen en neutronen, atoomkernen worden over het algemeen beschouwd als bolvormige structuren, maar kan worden afgeplat of langwerpig langs één, twee, of soms drie assen. Bovendien, atoomkernen kunnen hun vervorming veranderen afhankelijk van de hoeveelheid energie die ze bezitten, ook als ze niet draaien.

"Als een atoomkern wordt voorzien van de juiste hoeveelheid energie, het kan overgaan in een toestand met een andere vormvervorming dan typisch is voor de basistoestand. Echter, deze nieuwe vervorming, illustratief gesproken, is erg instabiel. Net zoals een bal terugkeert naar zijn oorspronkelijke vorm nadat hij erin is geperst, dus de kern keert terug naar zijn oorspronkelijke vorm, maar het doet zoveel veel sneller - in miljardsten van een miljardste van een seconde of een nog kortere tijd. Dus in plaats van te praten over het tweede gezicht van de atoomkern, het is waarschijnlijk beter om over een grimas te praten, " legt prof. Bogdan Fornal uit.

In de afgelopen decennia is er is bewijs verzameld dat bevestigt dat relatief stabiele kernen met een vervormde vorm in een klein aantal elementen aanwezig kunnen zijn. Metingen hebben aangetoond dat de kernen van sommige actiniden - elementen met atoomnummers van 89 (actinium) tot 103 (lawrencium) - hun 'tweede gezicht' zelfs tientallen miljoenen keren langer kunnen behouden dan andere kernen. Actiniden zijn vrij massief, met protonen en neutronen in totaal ruim boven de 200. Tot nu toe tussen de niet-spinnende kernen van lichtere elementen, een aangeslagen toestand met een vervormde vorm gekenmerkt door hoge stabiliteit is nooit waargenomen.

"We wezen erop dat twee theoretische modellen van nucleaire excitatie het bestaan ​​voorspellen van relatief stabiele toestanden met vervormde vormen in de kernen van lichte elementen. Later, een derde model verscheen dat ook tot vergelijkbare conclusies leidde. Onze aandacht werd gevestigd op nikkel-66, omdat het aanwezig was in de voorspellingen van alle drie de modellen, " herinnert prof. Fornal zich.

De nieuwe experimentele methode voorgesteld door Prof. Silvia Leoni (UniMi), gecombineerd met het computationeel geavanceerde Monte Carlo-schaalmodel ontwikkeld door de theoretici van de Universiteit van Tokyo, maakte het ontwerpen van geschikte, nauwkeurige metingen. Het experiment werd uitgevoerd op de 9 MV FN Pelletron Tandem-versneller die in het Roemeense National Institute of Physics and Nuclear Engineering (IFIN-HH) werkt.

In het experiment in Boekarest, een doelwit van nikkel-64 werd afgevuurd met kernen van zuurstof-18. Ten opzichte van zuurstof-16, dat is de belangrijkste (99,76%) isotoop van atmosferische zuurstof, deze kernen bevatten twee extra neutronen. Tijdens de aanrijdingen zowel de overtollige neutronen kunnen worden overgebracht naar de nikkelkernen, resulterend in de creatie van nikkel-66, waarvan de basisvorm bijna een ideale bol is. Met goed geselecteerde botsingsenergieën, een klein deel van de aldus gevormde Ni-66-kernen bereikt een bepaalde toestand met een vervormde vorm die, zoals metingen lieten zien, bleek iets stabieler te zijn dan alle andere aangeslagen toestanden die gepaard gaan met significante vervorming. Met andere woorden, de kern was in een lokale, diep minimum aan potentieel.

"De verlenging van de levensduur van de vervormde vorm van de Ni-66-kern is niet zo spectaculair als die van de actiniden. We hebben slechts een vijfvoudige groei geregistreerd. Niettemin, de meting was uitzonderlijk, omdat het de eerste waarneming in zijn soort was in lichte kernen, " zegt prof. Fornal, die benadrukt dat de gemeten vertragingstijden van terugkeer naar de basistoestand in aanvaardbare mate overeenkomen met de waarden van het nieuwe theoretische model. Geen van de eerdere modellen van nucleaire structuur maakte zulke gedetailleerde voorspellingen mogelijk. Dit suggereert dat de nieuwe theoretische benadering nuttig zou moeten zijn bij het beschrijven van enkele duizenden kernen die nog niet zijn ontdekt.