O núcleo atômico oferece uma oportunidade única de estudar a competição entre três das quatro forças fundamentais que existem na natureza, a forte interação nuclear, a interação eletromagnética e a interação nuclear fraca. Apenas a força gravitacional muito mais fraca é irrelevante para a descrição das propriedades nucleares. Embora em geral a decadência de um estado nuclear excitado siga a hierarquia dessas forças, às vezes há exceções.

Em um experimento recente realizado na Radioactive Isotope Beam Factory em RIKEN, uma colaboração internacional com cientistas de onze países, liderado por cientistas do Instituto de Estructura de la Materia, CSIC (Espanha) e o RIKEN Nishina Center (Japão), fez uma observação muito surpreendente:raios gama de alta energia - que são mediados pela força eletromagnética - são emitidos na decadência de um determinado núcleo excitado - estanho 133, em competição com a emissão de nêutrons, o modo de decadência mediado pela força nuclear forte. Isso apesar do fato de que se esperava que a emissão de nêutrons fosse muito mais rápida, já que a força é muito mais forte.

A descoberta, publicado em Cartas de revisão física , foi feito usando o núcleo rico em nêutrons 133Sn, que consiste em um único nêutron acoplado ao núcleo duplamente mágico 132Sn, um núcleo que é muito estável devido ao seu status duplamente mágico. Os núcleos foram produzidos eliminando um nêutron de um núcleo ligeiramente mais pesado, 134Sn, em energias relativísticas. A radiação gama emitida na decadência de seus estados excitados foi detectada usando o espectrômetro de raios gama DALI2.

De acordo com Pieter Doornenbal do Nishina Center, "Isso foi bastante surpreendente, pois esperaríamos que a emissão de nêutrons fosse muito mais rápida. Acreditamos que a capacidade do decaimento eletromagnético de competir com a emissão de nêutrons se deve aos efeitos da estrutura nuclear, um dos ingredientes da regra de ouro de Fermi que descreve a probabilidade de ocorrer um certo processo de decomposição. "

Os resultados do RIBF sugerem que os efeitos da estrutura, que são comumente negligenciados na avaliação das probabilidades de emissão de nêutrons em cálculos de propriedades globais de decaimento beta para simulações astrofísicas, são muito mais importantes do que geralmente se supõe, em particular na região "sudeste" de 132Sn, onde os núcleos são muito ricos em nêutrons.

De acordo com Doornenbal, "Um dos significados dessa descoberta é que ela poderia nos ajudar a obter uma melhor compreensão da síntese nuclear dos elementos em nosso Universo - em outras palavras, como nosso Universo passou a ter os núcleos que tem. Acredita-se que quase metade dos elementos pesados ​​além do ferro sejam feitos pelo que é conhecido como processo r, que ocorre em supernovas. A emissão de nêutrons é geralmente emitida a partir de cálculos sobre a decadência de núcleos ricos em nêutrons, porque não é considerado como tendo um papel importante. Mas nosso trabalho mostra que isso pode precisar ser reconsiderado, e que nossa compreensão de como os núcleos são produzidos pelo processo r pode precisar ser revisada. "