Un equipo internacional liderado por científicos de IPN Orsay (CNRS / Université Paris-Sud), CEA, y RIKEN (Japón) ha realizado la primera espectroscopia de los isótopos kriptón 98 y 100 extremadamente ricos en neutrones. Este experimento mostró que coexisten dos, formas cuánticas en competencia a baja energía en 98Kr, nunca antes visto para los isótopos Kr ricos en neutrones. El equipo también demostró que estos isótopos experimentan un inicio suave de deformación con neutrones agregados. en marcado contraste con los isótopos vecinos de rubidio, estroncio, y circonio, que cambian de forma repentinamente en el neutrón número 60. Este estudio marca un paso decisivo hacia la comprensión de los límites de esta región de transición de fase cuántica, y fue publicado en Physical Review Letters.

La disposición de los protones y neutrones en un núcleo depende directamente de la fuerza que los une. Esta interacción nuclear, todavía mal entendido, da lugar a fenómenos cuánticos a veces repentinos y sorprendentes como el reordenamiento espacial completo de los nucleones al pasar de 59 a 60 neutrones en los isótopos de circonio (número atómico 40) y estroncio (número atómico 38). Estos cambios abruptos ilustran la compleja interacción entre las propiedades colectivas de los sistemas nucleares, como formas, y sus grados microscópicos intrínsecos de libertad, como los números de neutrones y protones. Estudiar y comprender esta interacción es esencial para restringir los modelos nucleares.

Hasta ahora, isótopos de criptón se han estudiado hasta ⁹⁶ Kr, que tiene exactamente 60 neutrones y se sabía que era el punto de parada para la transición de forma. Este experimento realizado en RIKEN permitió a los científicos, por primera vez, para determinar la energía de los primeros estados excitados en ^{98, 100} Kr y evidenciar un aumento progresivo de la deformación pasando de 60 a 62 o 64 neutrones. Más allá de la evolución algo más lenta de la forma de equilibrio de estos núcleos, un estado excitado medido a baja energía insinúa la presencia de otra configuración competidora. Los modelos teóricos relacionan la presencia de estos estados bajos con la coexistencia de dos formas elipsoidales diferentes a baja energía.

Estos resultados fueron posibles gracias a la producción de núcleos muy ricos en neutrones en la Fábrica de haces de isótopos radiactivos (RIBF) en el Centro RIKEN Nishina para la ciencia basada en aceleradores en Japón. Aproximadamente 150 mil millones de uranio 238 núcleos por segundo se aceleraron al 70% de la velocidad de la luz y chocaron con un objetivo de berilio. Los productos de fisión creados durante esta colisión se clasificaron en vuelo mediante un espectrómetro magnético y se enviaron a un objetivo de hidrógeno líquido criogénico para sintetizar los núcleos de interés mediante la eliminación de protones. Estas reacciones de eliminación se identificaron a través de una cámara de proyección de tiempo ubicada alrededor del objetivo de hidrógeno líquido espeso (100 mm), que comprende un sistema conocido como MINOS. Finalmente, la desexcitación electromagnética que ocurre casi instantáneamente para estos núcleos exóticos fue detectada con el detector DALI2, que detecta los rayos gamma emitidos por los núcleos utilizando 186 centelleadores. La combinación de estos instrumentos y tecnologías es única en el mundo, y esencial para estudiar estos núcleos hasta ahora inaccesibles.