Científicos del Departamento de Física y el Centro de Investigación de Física Nuclear (RCNP) de la Universidad de Osaka, en colaboración con la Universidad de Kyoto, utilizó la dispersión inelástica de partículas alfa para mostrar que el "estado condensado 5α" teorizado existe en el neón-20. Este trabajo puede ayudarnos a comprender mejor los sistemas de muchos cuerpos de nucleones de baja densidad.

Todos los elementos, además del hidrógeno y el helio, deben haberse fusionado dentro del horno nuclear de una estrella. El rendimiento durante estas reacciones de carbono-12, que tiene seis protones y seis neutrones, aumenta por una peculiaridad inusual en el sentido de que 12 es divisible por 4. Esto significa que con un poco de energía extra, los nucleones en el carbono pueden formar tres partículas alfa, que consta de dos protones y dos neutrones cada uno, y estas partículas alfa se pueden condensar en la órbita de menor energía en el carbono-12. La existencia de un estado alfa condensado en isótopos más pesados ​​con pesos atómicos divisibles por cuatro, como neon-20, ha sido teorizado, pero permaneció incierto. Estos estados condensados ​​proporcionarían una ventana única al mundo de la física nuclear. Esto se debe a que las densidades de la mayoría de los núcleos normales son muy similares entre sí, mientras que el estado alfa condensado sería un ejemplo de un sistema de muchos cuerpos de baja densidad. Medir las propiedades de los protones y neutrones en un estado tan diluido sería muy útil para comprender la naturaleza de la materia nuclear de baja densidad que existe en la superficie de las estrellas de neutrones.

Ahora, un equipo de investigadores dirigido por la Universidad de Osaka ha proporcionado evidencia experimental de que estos estados excitados existen en neon-20. Al disparar partículas alfa a un gas neón, observaron que los productos de desintegración indicaban la existencia de estados de energía específicos en el núcleo original. Estos coincidieron muy bien con las predicciones del estado condensado 5α, en el que los 10 protones y los 10 neutrones se agrupan en cinco partículas alfa en la órbita de menor energía.

"Pudimos obtener resultados tan precisos porque pudimos medir las partículas de desintegración del estado excitado, ", explica el primer autor Satoshi Adachi." Desarrollamos un sistema objetivo de gas neón-20 enriquecido isotópicamente con una ventana de sellado de gas ultradelgada hecha de SiNx. Descubrimos que era crucial medir las partículas alfa dispersas de manera inelástica en ángulos muy hacia adelante, incluidos 0 grados, donde el estado alfa condensado se excitó selectivamente. Esta medida fue muy difícil, pero un haz de alta calidad proporcionado por los ciclotrones bien ajustados en RCNP nos permitió realizarlo ". Estas técnicas permitieron a los científicos realizar una comparación detallada entre los cálculos estadísticos del modelo de desintegración y el experimento.

"Esperamos que esta investigación acelere el progreso en nuestra comprensión de los entornos extremos, como la superficie de una estrella de neutrones, ", dice el autor principal Takahiro Kawabata. El trabajo también puede extenderse a isótopos aún más pesados ​​que siguen el patrón" divisible por cuatro ".