En un núcleo atómico, protones y neutrones, colectivamente llamados nucleones, están unidos por fuerzas nucleares. Estas fuerzas describen las interacciones entre nucleones, que hacen que ocupen estados agrupados en capas, donde cada capa tiene una energía diferente y puede albergar un cierto número de nucleones. Se dice que un núcleo es mágico cuando el neutrón o los protones llenan exactamente sus respectivas capas hasta el borde. Estos núcleos mágicos están especialmente bien unidos y tienen propiedades que los hacen destacar. De hecho, la variación de las propiedades de los núcleos con el número de nucleones condujo a la formulación del célebre modelo de capa nuclear hace unos 70 años, con sus mágicos números 2, 8, 20, 28, 50, 82 y 126, que ha tenido un éxito espectacular al describir muchas de las propiedades de los núcleos estables que componen el mundo que nos rodea.

Con la llegada de las instalaciones de aceleradores de partículas, núcleos de vida corta, los llamados isótopos raros, que tienen, por ejemplo, muchos más neutrones que protones, puede producirse y someterse a experimentación. Los estudios sobre núcleos tan exóticos revelaron que los números mágicos no son tan inmutables como cabría esperar de los primos estables del raro isótopo con menos neutrones. Se encontraron nuevos números mágicos y los conocidos de núcleos estables pueden estar ausentes para algunos núcleos de vida corta. Esto se conoce como evolución de caparazón.

En la tierra, Estos núcleos exóticos de corta duración solo existen por un momento fugaz producido en las instalaciones del acelerador. En el universo, sin embargo, se forman constantemente en estrellas, p.ej., en explosiones en la superficie de estrellas de neutrones, en supernovas, o en las violentas colisiones de estrellas de neutrones. De hecho, las reacciones y desintegraciones de los isótopos raros determinan las abundancias elementales observadas en el Universo. Si alguna vez queremos entender cómo surgió la materia visible que nos rodea, debemos comprender y ser capaces de modelar las propiedades de los núcleos exóticos.

La profesora de la Universidad Estatal de Michigan, Alexandra Gade, colaboró ​​con colegas de Japón y Francia en un extenso artículo de revisión en el prestigioso Revisión de la física moderna diario sobre las fuerzas detrás de la evolución observada de la capa de núcleos exóticos. El artículo revisa el estado del campo y conecta las observaciones experimentales con los avances teóricos en la descripción de isótopos raros.

En el futuro, Se esperan avances en los frentes experimental y teórico a través de nuevos y poderosos laboratorios, como la instalación para haces de isótopos raros en MSU, e informática de alto rendimiento, por ejemplo. El impacto de comprender la evolución de las capas se extiende más allá de la astrofísica nuclear y se extiende a aplicaciones como los reactores nucleares, seguridad nuclear, o medicina nuclear.

La investigación de Gade ahora cuenta con el apoyo de una subvención de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE. UU.