Uma equipe internacional liderada por cientistas do IPN Orsay (CNRS / Université Paris-Sud), CEA, e RIKEN (Japão) realizou a primeira espectroscopia dos isótopos extremamente ricos em nêutrons criptônio 98 e 100. Este experimento mostrou que existem dois coexistindo, formas quânticas concorrentes em baixa energia em 98Kr, nunca antes visto para isótopos Kr ricos em nêutrons. A equipe também mostrou que esses isótopos experimentam um início suave de deformação com a adição de nêutrons, em nítido contraste com os isótopos vizinhos de rubídio, estrôncio, e zircônio, que mudam de forma repentinamente no nêutron número 60. Este estudo marca um passo decisivo para a compreensão dos limites desta região de transição de fase quântica, e foi publicado na Physical Review Letters.

O modo como os prótons e nêutrons são organizados em um núcleo depende diretamente da força que os une. Esta interação nuclear, ainda mal compreendido, dá origem a fenômenos quânticos às vezes súbitos e surpreendentes, como o rearranjo espacial completo dos núcleons ao passar de 59 para 60 nêutrons nos isótopos de zircônio (número atômico 40) e estrôncio (número atômico 38). Essas mudanças abruptas ilustram a complexa interação entre as propriedades coletivas dos sistemas nucleares, como formas, e seus graus microscópicos intrínsecos de liberdade, como os números de nêutrons e prótons. Estudar e compreender essa interação é essencial para restringir os modelos nucleares.

Até agora, isótopos de criptônio foram estudados até ⁹⁶ Kr, que tem exatamente 60 nêutrons e era conhecido por ser o ponto de parada para a transição de forma. Este experimento conduzido na RIKEN permitiu aos cientistas, pela primeira vez, para determinar a energia dos primeiros estados excitados em ^{98, 100} Kr e evidenciar um aumento progressivo da deformação indo de 60 para 62 ou 64 nêutrons. Além da evolução um pouco mais lenta da forma de equilíbrio para esses núcleos, um estado excitado medido em baixa energia sugere a presença de outra configuração concorrente. Modelos teóricos vinculam a presença desses estados de baixa altitude à coexistência de duas formas elipsoidais diferentes em baixa energia.

Esses resultados foram possíveis pela produção de núcleos muito ricos em nêutrons na Radioactive Isotope Beam Factory (RIBF) no RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science no Japão. Aproximadamente 150 bilhões de 238 núcleos de urânio por segundo foram acelerados a 70% da velocidade da luz e colidiram com um alvo de berílio. Os produtos de fissão criados durante esta colisão foram classificados em vôo por um espectrômetro magnético e enviados para um alvo de hidrogênio líquido criogênico para sintetizar os núcleos de interesse via nocaute de prótons. Essas reações de nocaute foram identificadas por meio de uma câmara de projeção de tempo localizada em torno do alvo de hidrogênio líquido espesso (100 mm), compreendendo um sistema conhecido como MINOS. Finalmente, a desexcitação eletromagnética que ocorre quase instantaneamente para esses núcleos exóticos foi detectada com o detector DALI2, que detecta os raios gama emitidos pelos núcleos usando 186 cintiladores. A combinação desses instrumentos e tecnologias é única no mundo, e essencial para estudar esses núcleos até então inacessíveis.