Una colaboración internacional liderada por científicos de la Universidad de Hong Kong, RIKEN (Japón), y CEA (Francia) han utilizado RI Beam Factory (RIBF) en el RIKEN Nishina Center for Accelerator-base Science para demostrar que 34 es un "número mágico" para los neutrones, lo que significa que los núcleos atómicos con 34 neutrones son más estables de lo que normalmente se esperaría. Experimentos anteriores habían sugerido, pero no claramente demostrado, que este sería el caso.

Los experimentos publicado en Cartas de revisión física , se realizaron con calcio 54, un núcleo inestable que tiene 20 protones y 34 neutrones. A través de los experimentos, los investigadores demostraron que exhibe un cierre de caparazón fuerte, una situación con neutrones que es similar a la forma en que los átomos con capas de electrones cerradas, como helio y neón, son químicamente inactivos.

Si bien alguna vez se creyó que los protones y neutrones estaban agrupados como una sopa dentro del núcleo, ahora se sabe que están organizados en conchas. Con el llenado completo de un caparazón nuclear, a menudo denominado "número mágico, "Los núcleos exhiben atributos distintivos que se pueden probar en el laboratorio. Por ejemplo, una gran energía para el primer estado excitado de un núcleo es indicativa de un número mágico.

Estudios recientes sobre núcleos ricos en neutrones han insinuado que es necesario agregar nuevos números a los conocidos, números canónicos de 2, 8, 20, 28, 50, 82, y 126.

Pruebas iniciales de calcio 54, también realizado en el RIBF en 2013, ya había indicado que el número debería existir. Durante el nuevo experimento, el enfoque de la investigación se desplazó hacia la determinación de su fuerza real. En el experimento actual, el equipo de Sidong Chen midió directamente la cantidad de neutrones que ocupan las capas individuales en el calcio 54 al eliminar minuciosamente los neutrones uno a la vez.

Para hacer esto, el grupo utilizó un rayo que contenía el calcio que viajaba a alrededor del 60% de la velocidad de la luz, seleccionado e identificado por el separador de isótopos BigRIPS, y chocó el rayo contra un objetivo de hidrógeno líquido espeso, o protones, enfriado a una temperatura tremendamente baja de 20 K. La estructura detallada de la capa del isótopo se infirió a partir de las secciones transversales de los neutrones eliminados al chocar con los protones, permitiendo a los investigadores asociarlos con diferentes conchas.

Según Pieter Doornenbal del Nishina Center, "Por primera vez, pudimos demostrar cuantitativamente que todas las capas de neutrones están completamente llenas de 54Ca, y que 34 neutrones es de hecho un buen número mágico ". El hallazgo demuestra que 34 es parte del conjunto de números mágicos, aunque su apariencia está restringida a una región muy limitada de la carta nuclear. Sidong Chen continúa:"Los principales esfuerzos en el futuro se centrarán en delimitar esta región. Además, para sistemas más ricos en neutrones, como 60Ca, se predicen más números mágicos. Estos sistemas 'exóticos' están actualmente fuera del alcance de RIBF para estudios detallados, pero creemos que gracias a sus crecientes capacidades, serán accesibles en un futuro previsible ".