Atoomkernen hebben slechts twee ingrediënten, protonen en neutronen, maar het relatieve aantal van deze ingrediënten maakt een radicaal verschil in hun eigenschappen. Bepaalde configuraties van protonen en neutronen, met "magische getallen" van protonen of neutronen gerangschikt in gevulde schillen in de kern, sterker gebonden zijn dan andere. De zeldzame kernen met complete proton- en neutronenschillen, die dubbele magie worden genoemd, vertonen bijzonder verbeterde bindingsenergie en zijn uitstekende testcases voor studies van nucleaire eigenschappen.

In een krant die net is gepubliceerd in Natuurfysica , Maxime Mougeot van CERN en collega's beschrijven theoretische berekeningen en experimentele resultaten van CERN's ISOLDE-faciliteit die nieuw licht werpen op een van de meest iconische dubbel magische kernen:tin-100.

Met 50 protonen en 50 neutronen, tin-100 is van bijzonder belang voor studies van nucleaire eigenschappen omdat, behalve dat het dubbel magisch is, het is de zwaarste kern die bestaat uit protonen en neutronen in gelijk aantal - een kenmerk dat het een van de sterkste bètaverval geeft, waarin een positron (het antideeltje van een elektron) wordt uitgezonden om een ​​dochterkern te produceren.

Studies naar het bètaverval van tin-100 lijden aan moeilijkheden bij het produceren ervan. Bovendien, de twee meest recente dergelijke onderzoeken, bij RIKEN in Japan door Lubos en collega's en bij GSI in Duitsland door Hinke en collega's, verschillende waarden opleveren voor de energie die vrijkomt bij het verval, resulterend in afwijkende waarden voor de massa van tin-100.

Recente ontwikkelingen in de ISOLDE-faciliteit hebben de productie mogelijk gemaakt van de naburige kernen indium-101, indium-100 en indium-99, slechts een proton onder tin-100. In hun nieuwe studie Mougeot en collega's gebruikten alle experimentele bewapening van de ISOLTRAP-opstelling van de faciliteit om de massa's van deze nieuwe leden van de ISOLDE-familie te meten, met name de massa van indium-100.

"De massa van tin-100 kan worden afgeleid van die van indium-100 en de energie die vrijkomt bij het bètaverval van tin-100 in indium-100, " zegt Mougeot, "Dus onze indium-100-massameting greep deze iconische dubbel magische kern bij de staart."

De ISOLTRAP-massameting van indium-100 is negentig keer nauwkeuriger dan de vorige, het vergroten van de discrepantie in de waarden van de tin-100-massa afgeleid uit de meest recente bèta-vervalstudies.

De onderzoekers maakten vervolgens vergelijkingen tussen de gemeten massa's van de indiumkernen en nieuwe geavanceerde "ab initio" theoretische berekeningen die proberen kernen te beschrijven vanuit de eerste principes. Deze vergelijkingen geven de voorkeur aan het resultaat van bètaverval-energie van Hinke en collega's boven dat van Lubos en collega's. Bovendien, ze vertonen een uitstekende overeenkomst tussen de metingen en de berekeningen, Dit geeft de onderzoekers veel vertrouwen dat de berekeningen de ingewikkelde kernfysica van tin-100 en zijn indiumburen vastleggen.