Wetenschappers van de afdeling Natuurkunde en het Research Center for Nuclear Physics (RCNP) van de Universiteit van Osaka, in samenwerking met de Universiteit van Kyoto, gebruikte alfadeeltjes inelastische verstrooiing om aan te tonen dat de theoretische "5α gecondenseerde toestand" bestaat in neon-20. Dit werk kan ons helpen een beter begrip te krijgen van de nucleonen met veel lichamen met lage dichtheid.

Alle elementen behalve waterstof en helium moeten samengesmolten zijn in de kernoven van een ster. De opbrengst tijdens deze reacties van koolstof-12, die zes protonen en zes neutronen heeft, wordt verhoogd door een ongebruikelijke gril in die zin dat 12 deelbaar is door 4. Dit betekent dat een beetje extra energie, de nucleonen in koolstof kunnen drie alfadeeltjes vormen, bestaande uit twee protonen en twee neutronen elk, en deze alfadeeltjes kunnen worden gecondenseerd tot de baan met de laagste energie in koolstof-12. Het bestaan ​​van een alfa-gecondenseerde toestand in zwaardere isotopen met atoomgewichten die deelbaar zijn door vier, zoals neon-20, is getheoretiseerd, maar bleef onzeker. Deze gecondenseerde toestanden zouden een uniek venster bieden in de wereld van de kernfysica. Dit komt omdat de dichtheden van de meeste normale kernen erg op elkaar lijken, terwijl de alfa-gecondenseerde toestand een voorbeeld zou zijn van een veellichamensysteem met lage dichtheid. Het meten van de eigenschappen van protonen en neutronen in zo'n verdunde toestand zou zeer nuttig zijn om de aard van nucleaire materie met een lage dichtheid op het oppervlak van neutronensterren te begrijpen.

Nutsvoorzieningen, een team van onderzoekers onder leiding van de Universiteit van Osaka heeft experimenteel bewijs geleverd dat deze aangeslagen toestanden bestaan ​​in neon-20. Door alfadeeltjes af te vuren op een neongas, ze merkten op dat de vervalproducten het bestaan ​​van specifieke energietoestanden in de oorspronkelijke kern aangaven. Deze kwamen heel goed overeen met voorspellingen van de 5α gecondenseerde toestand, waarin de 10 protonen en 10 neutronen zijn gegroepeerd in vijf alfadeeltjes in de baan met de laagste energie.

"We waren in staat om zulke nauwkeurige resultaten te verkrijgen omdat we de vervaldeeltjes konden meten vanuit de aangeslagen toestand, " legt eerste auteur Satoshi Adachi uit. "We ontwikkelden een isotopisch verrijkt neon-20-gasdoelsysteem met een ultradun gasdichtingsvenster gemaakt van SiNx. We ontdekten dat het cruciaal was om inelastisch verstrooide alfadeeltjes te meten onder zeer voorwaartse hoeken, waaronder 0 graden, waar de alfa gecondenseerde toestand selectief werd geëxciteerd. Deze meting was erg moeilijk, maar een hoogwaardige straal geleverd door de goed afgestelde cyclotrons van RCNP stelde ons in staat om het uit te voeren." Deze technieken stelden de wetenschappers in staat een gedetailleerde vergelijking uit te voeren tussen de statistische vervalmodelberekeningen en het experiment.

"We verwachten dat dit onderzoek de vooruitgang in ons begrip van extreme omgevingen zal versnellen, als het oppervlak van een neutronenster, " zegt senior auteur Takahiro Kawabata. Het werk kan ook worden uitgebreid tot nog zwaardere isotopen die het patroon "deelbaar door vier" volgen.