Natuurkundehandboeken moeten misschien worden bijgewerkt nu een internationaal onderzoeksteam aanwijzingen heeft gevonden voor een onverwachte overgang in de structuur van atoomkernen.

De ontdekking werd gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven . Hoofdauteur Bo Cederwall, hoogleraar kernfysica aan het KTH Royal Institute of Technology, zegt dat levenslange metingen van neutronen-deficiënte nucliden in een reeks kortlevende isotoopketens van zware metalen onthulden nooit eerder waargenomen gedrag bij de laagste energietoestanden.

Cederwall zegt dat de patronen wijzen op een faseovergang, dat wil zeggen:snelle verandering in materie van de ene toestand naar de andere – dat is onverwacht voor deze groep isotopen en onverklaarbaar door theorie.

"Ontdekkingen van verschijnselen die indruisen tegen de standaardtheorie zijn altijd erg opwindend en nogal ongewoon, ", zegt Cederwall. Het onderzoeksteam van KTH omvatte promovendi Özge Aktas en Aysegul Ertoprak, Universitair docent Chong Qi, emeritus hoogleraar Robert Liotta, postocs Hongna Liu en Maria Doncel, en gastonderzoekers Sanya Matta en Pranav Subramaniam.

"Voortzetting van theorieontwikkeling en complementaire experimenten zou kunnen leiden tot de noodzaak om te herzien wat er in de leerboeken over atoomkernen wordt gezegd, ' zegt Cederwall.

Het onderzoek richtte zich op aangeslagen toestanden in kernen die zich dicht boven de grondtoestand bevinden in energie die extreem kortlevend is, in de orde van miljoenste van een miljoenste van een seconde.

"Niet alleen zijn de staten die we bestuderen van zeer korte duur, de kernen die we hebben onderzocht zijn zo onstabiel, moeilijk te produceren en te identificeren, dat zeer weinig informatie over hun structuur eerder is gemeten, " hij zegt.

Voor een jaar, de onderzoeksgroep analyseerde enkele terabytes aan data. Gammastraling is bestudeerd door kernreacties in de deeltjesversnellerfaciliteit aan de Universiteit van Jyväskylä, Finland. De meetapparatuur, die gebruikmaakt van zeer zuivere germaniumkristallen in de kern, kan de zeldzaamste nucleaire soorten identificeren op basis van een uitgebreide achtergrond van stabielere nucliden die in de reacties worden geproduceerd.

Naast een diepgaand begrip van hoe de kleinste componenten van het universum zijn gebouwd, de methoden en detectorsystemen die het onderzoeksteam heeft ontwikkeld, kunnen worden toegepast in de geneeskunde en technologie. Diagnose en bestraling van kanker, technologieën voor het opsporen van radioactieve stoffen in het milieu, en nucleaire veiligheidscontrole tegen nucleaire proliferatie zijn enkele voorbeelden. De kernfysica-groep van KTH werkt ook met dergelijke toepassingen van haar basisonderzoek.

"Het is de extreme gevoeligheid van de meettechniek die cruciaal is voor onze resultaten. Onze steeds verfijndere technologie zal zowel nieuwe toepassingen als experimenten van de volgende generatie dienen, ' zegt Cederwall.