Tot voor kort, wetenschappers geloofden dat alleen zeer massieve kernen zero-spin toestanden van verhoogde stabiliteit konden hebben opgewekt met een aanzienlijk vervormde vorm. In de tussentijd, een internationaal team van onderzoekers uit Roemenië, Frankrijk, Italië, de VS en Polen toonden in hun laatste artikel aan dat dergelijke staten ook bestaan ​​in veel lichtere nikkelkernen. Positieve verificatie van het theoretische model dat in deze experimenten wordt gebruikt, maakt het mogelijk de eigenschappen te beschrijven van kernen die niet beschikbaar zijn in aardse laboratoria.

Meer dan 99,9 procent van de massa van een atoom komt uit de atoomkern, waarvan het volume meer dan een biljoen keer kleiner is dan het volume van het hele atoom. Vandaar, de atoomkern heeft een verbazingwekkende dichtheid van ongeveer 150 miljoen ton per kubieke centimeter. Dit betekent dat een eetlepel nucleaire materie bijna net zoveel weegt als een kubieke kilometer water. Ondanks hun zeer kleine formaat en ongelooflijke dichtheid, atoomkernen zijn complexe structuren gemaakt van protonen en neutronen. Je zou verwachten dat zulke extreem dichte objecten altijd bolvormig zouden zijn. In werkelijkheid, echter, de situatie is heel anders:de meeste kernen zijn vervormd - ze vertonen een vorm die is afgeplat of langwerpig langs één of zelfs twee assen, tegelijkertijd. Om de favoriete vorm van een bepaalde kern te vinden, het is gebruikelijk om een ​​landschap te construeren van de potentiële energie als functie van vervorming. Men kan zo'n landschap visualiseren door een kaart te tekenen waarop de vlakcoördinaten de vervormingsparameters zijn, d.w.z. graden van verlenging of afvlakking langs de twee assen, terwijl de kleur de hoeveelheid energie aangeeft die nodig is om de kern in een bepaalde vorm te brengen. Zo'n kaart is een volledige analogie met een geografische kaart van bergachtig terrein.

Als een kern wordt gevormd in de kernreactie, het verschijnt op een bepaald punt van het landschap - het vereist specifieke vervorming. Het begint dan te glijden (veranderingsvervorming) naar het laagste energiepunt (stabiele vervorming). In sommige gevallen, echter, alvorens de grondtoestand te bereiken, het kan een tijdje worden gestopt in een lokaal minimum, een val, wat overeenkomt met metastabiele vervorming. Dit lijkt erg op water dat op een bepaalde locatie in het berggebied ontspringt en naar beneden stroomt. Voordat het de laagste vallei bereikt, het kan enige tijd vastzitten in lokale depressies. Als een stroom de lokale depressie verbindt met het laagste punt van het landschap, water zal naar beneden stromen. Als de depressie goed geïsoleerd is, het water zal daar heel lang blijven.

Experimenten hebben aangetoond dat lokale minima in het nucleaire deformatielandschap bij spin nul alleen bestaan ​​in massieve kernen met atoomnummers groter dan 89 (actinium) en een totaal aantal protonen en neutronen ruim boven 200. Dergelijke kernen kunnen in deze secundaire minima op metastabiele vervorming gedurende een periode die zelfs tientallen miljoenen keren langer is dan de tijd die nodig is om de grondtoestand te bereiken zonder te worden afgeremd door de val. Tot een paar jaar geleden, een aangeslagen nul-spintoestand geassocieerd met metastabiele vervorming was nooit waargenomen bij kernen van lichtere elementen. De situatie veranderde een paar jaar geleden toen een toestand met aanzienlijke vervorming gekenmerkt door verhoogde stabiliteit werd gevonden in nikkel-66, de kern met 28 protonen en 38 neutronen. Deze identificatie werd gestimuleerd door berekeningen uitgevoerd met het geavanceerde Monte Carlo-schaalmodel ontwikkeld door theoretici van de Universiteit van Tokyo, die deze vervormingsval voorspelde.

"De berekeningen van onze Japanse collega's leverden ook nog een ander onverwacht resultaat op, " zegt prof. Bogdan Fornal (IFJ PAN). "Ze toonden aan dat een diepe, lokale depressie (val) geassocieerd met aanzienlijke vervorming zou ook aanwezig moeten zijn in het potentiële energielandschap van nikkel-64, de kern met twee neutronen minder dan nikkel-66, die tot nu toe werd beschouwd als slechts één hoofdminimum met een bolvorm. Het probleem was dat in nikkel-64 de depressie werd voorspeld bij hoge excitatie-energie - op grote hoogte in de analogie van bergachtig terrein - en het was buitengewoon moeilijk om een ​​experimentele methode te vinden om de kern in deze val te plaatsen."

Er vond een krachttoer plaats met vier complementaire experimenten, gezamenlijk uitgevoerd door een samenwerking onder leiding van experimentatoren uit Roemenië (IFIN-HH in Boekarest), Frankrijk (Institut Laue-Langevin, Grenoble), Italië (Universiteit van Milaan), VS (de Universiteit van North Carolina en TUNL) en Polen (IFJ PAN, Krakau). Metingen werden uitgevoerd in vier verschillende laboratoria in Europa en de VS:Institut Laue-Langevin (Grenoble, Frankrijk), IFIN-HH Tandemlaboratorium (Roemenië), Argonne Nationaal Laboratorium (Chicago, VS) en het Nuclear Laboratory van Triangle Universities (TUNL, Noord Carolina, VS). Er werden verschillende reactiemechanismen gebruikt, waaronder proton- en neutronenoverdracht, thermische neutronenvangst, Coulomb-excitatie en kernresonantiefluorescentie, in combinatie met geavanceerde gammastralingsdetectietechnieken.

Alle gegevens bij elkaar maakten het mogelijk om het bestaan ​​van twee secundaire minima in het potentiële energielandschap van nikkel-64 vast te stellen, overeenkomend met afgeplatte (afgeplatte) en prolate (langwerpige) ellipsvormige vormen, waarbij de prolate diep en goed geïsoleerd is, zoals aangegeven door de aanzienlijk vertraagde overgang naar het belangrijkste sferische minimum.

"De verlenging van de tijd die de kern doorbrengt wanneer hij vastzit in het prolate minimum van de Ni-64-kern is niet zo spectaculair als die van de zware kernen, waar het tientallen miljoenen keren bereikt. We hebben de stijging slechts enkele tientallen keren geregistreerd; maar het feit dat deze toename dicht bij die van het nieuwe theoretische model ligt, is een geweldige prestatie, " stelt prof. Fornal.

Een bijzonder waardevol resultaat van de studie is het identificeren van een voorheen ondoordachte component van de kracht die inwerkt tussen nucleonen in complexe nucleaire systemen, de zogenaamde tensormonopool, die verantwoordelijk is voor het veelzijdige landschap van vervorming in de nikkelisotopen. Wetenschappers verwachten dat deze interactie voor een groot deel verantwoordelijk is voor het vormgeven van de structuur van veel kernen die nog niet zijn ontdekt.

In een breder perspectief, het gepresenteerde onderzoek geeft aan dat de hier toegepaste theoretische benadering, de unieke eigenschappen van de nikkelkernen adequaat kunnen voorspellen, heeft een groot potentieel bij het beschrijven van de eigenschappen van honderden nucleaire systemen die tegenwoordig niet toegankelijk zijn in het laboratorium op aarde, maar voortdurend geproduceerd in sterren.