Uma colaboração internacional liderada por cientistas da Universidade de Hong Kong, RIKEN (Japão), e CEA (França) usaram a RI Beam Factory (RIBF) no RIKEN Nishina Center for Accelerator-base Science para mostrar que 34 é um "número mágico" para nêutrons, o que significa que os núcleos atômicos com 34 nêutrons são mais estáveis ​​do que normalmente seria esperado. Experimentos anteriores sugeriram, mas não claramente demonstrado, que este seria o caso.

Os experimentos, publicado em Cartas de revisão física , foram realizados com cálcio 54, um núcleo instável que possui 20 prótons e 34 nêutrons. Através dos experimentos, os pesquisadores mostraram que exibe um fechamento de casca forte, uma situação com nêutrons que é semelhante à forma como os átomos com camadas de elétrons fechadas, como hélio e néon, são quimicamente inativos.

Embora se acreditasse que os prótons e nêutrons estavam agrupados como uma sopa dentro do núcleo, sabe-se agora que eles são organizados em conchas. Com o preenchimento completo de uma cápsula nuclear, muitas vezes referido como "número mágico, "núcleos exibem atributos distintos que podem ser sondados em laboratório. Por exemplo, uma grande energia para o primeiro estado excitado de um núcleo é indicativa de um número mágico.

Estudos recentes sobre núcleos ricos em nêutrons sugeriram que novos números precisam ser adicionados aos conhecidos, números canônicos de 2, 8, 20, 28, 50, 82, e 126.

Testes iniciais de cálcio 54, também realizado na RIBF em 2013, já havia indicado que o número deveria existir. Durante o novo experimento, o foco da pesquisa mudou para determinar sua força real. No experimento atual, a equipe em torno de Sidong Chen mediu diretamente o número de nêutrons ocupando as camadas individuais de cálcio 54, eliminando meticulosamente os nêutrons um de cada vez.

Para fazer isso, o grupo usou um feixe contendo o cálcio viajando a cerca de 60% da velocidade da luz, selecionados e identificados pelo separador de isótopos BigRIPS, e colidiu o feixe em um alvo de hidrogênio líquido espesso, ou prótons, resfriado a uma temperatura extremamente baixa de 20 K. A estrutura detalhada do isótopo foi inferida a partir das seções transversais dos nêutrons eliminados ao colidir com os prótons, permitindo aos pesquisadores associá-los a diferentes conchas.

De acordo com Pieter Doornenbal do Nishina Center, "Pela primeira vez, fomos capazes de demonstrar quantitativamente que todas as camadas de nêutrons estão completamente preenchidas em 54Ca, e que 34 nêutrons é de fato um bom número mágico. "A descoberta demonstra que 34 é uma parte do conjunto de números mágicos, embora sua aparência seja restrita a uma região muito limitada do mapa nuclear. Sidong Chen continua "Os principais esforços no futuro se concentrarão em delinear esta região. Além disso, para sistemas mais ricos em nêutrons, como 60Ca, mais números mágicos são previstos. Esses sistemas 'exóticos' estão atualmente fora do alcance da RIBF para estudos detalhados, mas acreditamos que, graças às suas capacidades crescentes, eles se tornarão acessíveis em um futuro previsível. "