Hasta hace poco, Los científicos creían que solo los núcleos muy masivos podrían haber excitado estados de giro cero de mayor estabilidad con una forma significativamente deformada. Mientras tanto, un equipo internacional de investigadores de Rumanía, Francia, Italia, Estados Unidos y Polonia demostraron en su último artículo que esos estados también existen en núcleos de níquel mucho más ligeros. La verificación positiva del modelo teórico utilizado en estos experimentos permite describir las propiedades de núcleos no disponibles en los laboratorios de la Tierra.

Más del 99,9 por ciento de la masa de un átomo proviene del núcleo atómico, cuyo volumen es más de un billón de veces menor que el volumen de todo el átomo. Por eso, el núcleo atómico tiene una densidad asombrosa de alrededor de 150 millones de toneladas por centímetro cúbico. Esto significa que una cucharada de materia nuclear pesa casi tanto como un kilómetro cúbico de agua. A pesar de su tamaño muy pequeño y densidad increíble, Los núcleos atómicos son estructuras complejas hechas de protones y neutrones. Uno puede esperar que objetos tan extremadamente densos siempre tomen forma esférica. En realidad, sin embargo, la situación es bastante diferente:la mayoría de los núcleos están deformados, exhiben una forma aplanada o alargada a lo largo de uno o incluso dos ejes, simultaneamente. Para encontrar la forma favorita de un núcleo dado, se acostumbra construir un paisaje de la energía potencial en función de la deformación. Uno puede visualizar tal paisaje dibujando un mapa en el que las coordenadas del plano son los parámetros de deformación, es decir, grados de alargamiento o aplanamiento a lo largo de los dos ejes, mientras que el color indica la cantidad de energía necesaria para darle al núcleo una forma determinada. Tal mapa es una analogía completa con un mapa geográfico de terreno montañoso.

Si se forma un núcleo en la reacción nuclear, aparece en un punto dado del paisaje; requiere una deformación específica. Luego comienza a deslizarse (deformación de cambio) hacia el punto de menor energía (deformación estable). En algunos casos, sin embargo, antes de llegar al estado fundamental, puede detenerse por un tiempo en algún mínimo local, una trampa, que corresponde a la deformación metaestable. Esto es muy similar al agua que brota en un lugar particular en el área montañosa y fluye hacia abajo. Antes de que llegue al valle más bajo, puede quedar atrapado en depresiones locales durante algún tiempo. Si un arroyo conecta la depresión local con el punto más bajo del paisaje, el agua fluirá hacia abajo. Si la depresión está bien aislada, el agua permanecerá allí durante mucho tiempo.

Los experimentos han demostrado que los mínimos locales en el paisaje de deformación nuclear en el espín cero existen solo en núcleos masivos con números atómicos mayores que 89 (actinio) y un número total de protones y neutrones muy por encima de 200. Dichos núcleos pueden quedar atrapados en estos mínimos secundarios en deformación metaestable durante un período incluso decenas de millones de veces más largo que el tiempo necesario para alcanzar el estado fundamental sin ser frenado por la trampa. Hasta hace unos años, nunca se había observado un estado excitado de giro cero asociado con una deformación metaestable entre los núcleos de elementos más ligeros. La situación cambió hace unos años cuando se encontró en el níquel-66 un estado con una deformación considerable caracterizado por una mayor estabilidad, el núcleo con 28 protones y 38 neutrones. Esta identificación fue estimulada por cálculos realizados con el sofisticado modelo de caparazón de Monte Carlo desarrollado por teóricos de la Universidad de Tokio, que predijo esta trampa de deformación.

"Los cálculos realizados por nuestros colegas japoneses también proporcionaron otro resultado inesperado, "dice el profesor Bogdan Fornal (FIP PAN)." Ellos demostraron que un profundo, La depresión local (trampa) asociada con una deformación considerable debería estar presente también en el panorama energético potencial del níquel-64, el núcleo con dos neutrones menos de níquel-66, que hasta ahora se consideraba que solo tenía un mínimo principal con forma esférica. El problema era que en el níquel-64 la depresión se predijo con alta energía de excitación —a gran altitud en la analogía del terreno montañoso— y fue extremadamente difícil encontrar un método experimental para colocar el núcleo en esta trampa ".

Se llevó a cabo un tour de force que involucró cuatro experimentos complementarios, realizado conjuntamente por una colaboración liderada por experimentadores de Rumania (IFIN-HH en Bucarest), Francia (Institut Laue-Langevin, Grenoble), Italia (Universidad de Milán), EE.UU. (la Universidad de Carolina del Norte y TUNL) y Polonia (IFJ PAN, Cracovia). Las mediciones se realizaron en cuatro laboratorios diferentes en Europa y EE. UU.:Institut Laue-Langevin (Grenoble, Francia), IFIN-HH Tandem Laboratory (Rumania), Laboratorio Nacional Argonne (Chicago, EE.UU.) y el Laboratorio Nuclear de Triangle Universities (TUNL, Carolina del Norte, ESTADOS UNIDOS). Se emplearon diferentes mecanismos de reacción, incluida la transferencia de protones y neutrones, captura de neutrones térmicos, Excitación de Coulomb y fluorescencia por resonancia nuclear, en combinación con técnicas de detección de rayos gamma de última generación.

Todos los datos tomados en conjunto permitieron establecer la existencia de dos mínimos secundarios en el panorama energético potencial del níquel-64, correspondiente a formas elipsoidales oblatas (aplanadas) y alargadas (alargadas), siendo el alargado profundo y bien aislado, como lo indica la transición significativamente retardada al mínimo esférico principal.

"La extensión de tiempo que pasa el núcleo cuando queda atrapado en el mínimo alargado del núcleo Ni-64 no es tan espectacular como la de los núcleos pesados, donde alcanza decenas de millones de veces. Registramos el aumento de solo unas pocas decenas de veces; sin embargo, el hecho de que este aumento se acerque al proporcionado por el nuevo modelo teórico, es un gran logro, "afirma el Prof. Fornal.

Un resultado particularmente valioso del estudio es identificar un componente previamente no considerado de la fuerza que actúa entre los nucleones en sistemas nucleares complejos. el llamado tensor monopolo, que es responsable del paisaje multifacético de deformación en los isótopos de níquel. Los científicos esperan que esta interacción sea responsable en gran medida de dar forma a la estructura de muchos núcleos que aún no se han descubierto.

En una perspectiva más amplia, La investigación presentada indica que el enfoque teórico aplicado aquí, ser capaz de predecir adecuadamente las características únicas de los núcleos de níquel, tiene un gran potencial para describir las propiedades de cientos de sistemas nucleares que hoy no son accesibles en el laboratorio de la Tierra, pero continuamente producido en estrellas.