Wetenschappers van het Research Center for Nuclear Physics aan de Osaka University, in samenwerking met de Australian National University, Japan Atomic Energy Agency, de University of Tokyo en GIT AM University, gebruikten metingen van een calciumfolie bestraald met protonen om de overgangssterkte tussen verschillende nucleaire configuraties in calcium-40. Ze ontdekten dat kwantuminterferentie de overgang van de langwerpige "supervervormde" toestand naar een normale, bolvormige toestand veel minder waarschijnlijk maakte dan verwacht. Dit werk kan leiden tot een beter begrip van hoe elementen worden gevormd in supernova's.

In de kernfysica worden sommige isotopen "magie" genoemd omdat ze precies het juiste aantal protonen of neutronen bevatten om een ​​volledige schil te vormen. De eerste paar magische getallen zijn 2, 8, 20, 28 en 50. Calcium-40, de meest voorkomende vorm van calcium, wordt als "dubbele magie" beschouwd omdat het 20 protonen en 20 neutronen in zijn kern heeft. Hierdoor is deze isotoop zeer stabiel. Met magische kernen kunnen verschillende vormen van de kern zeer vergelijkbare energieën hebben, zodat coëxistentie kan optreden. Dit vertegenwoordigt de kwantumsuperpositie van meer dan één conformatie van protonen en neutronen tegelijkertijd. Het vervalmechanisme van een kern in de "supervervormde" conformatie, in de vorm van een langwerpige rugbybal, in de bolvorm met de laagste energie is echter een groot mysterie geweest.

Nu heeft het team van onderzoekers metingen van elektronen- en positronemissie van vervalovergangen tussen verschillende toestanden van calcium-40-kernen gebruikt om het mechanisme te verduidelijken. "We hebben bewijs waargenomen dat het verval van de supervervormde aangeslagen toestand naar de bolvormige grondtoestand onverwacht wordt onderdrukt in een calcium-40-kern", zegt eerste auteur Eiji Ideguchi. Het team ontdekte dat de overgangssterkte tussen deze toestanden zo klein is vanwege destructieve kwantuminterferentie tussen naast elkaar bestaande vormconfiguraties van vergelijkbare energieën.

Om experimentele gegevens te verzamelen, werden protonen afgevuurd op een calciumdoelwit en de resulterende elektronen en positronen die werden uitgezonden door aangeslagen toestanden werden gemeten. "Dit werk verdiept ons begrip van naast elkaar bestaande vervormingstoestanden die uniek zijn voor kernen", zegt senior auteur Tibor Kibédi. Hun studie zal worden gepubliceerd in Physical Review Letters , en dit onderzoek kan wetenschappers helpen de processen die aanleiding geven tot de verschillende elementen in het universum beter te begrijpen, evenals de opmerkelijke stabiliteit van magische kernen.

Kaliumkern verliest wat van zijn magie