Cientistas do Departamento de Física e do Centro de Pesquisa de Física Nuclear (RCNP) da Universidade de Osaka, em colaboração com a Universidade de Kyoto, usaram o espalhamento inelástico da partícula alfa para mostrar que o teorizado "estado condensado 5α" existe no neon-20. Este trabalho pode nos ajudar a obter uma melhor compreensão dos sistemas de muitos corpos de núcleos de baixa densidade.

Todos os elementos, além do hidrogênio e do hélio, devem ter sido fundidos dentro da fornalha nuclear de uma estrela. O rendimento durante essas reações de carbono-12, que tem seis prótons e seis nêutrons, é aumentado por uma peculiaridade incomum em que 12 é divisível por 4. Isso significa que, dado um pouco de energia extra, os núcleos do carbono podem formar três partículas alfa, consistindo em dois prótons e dois nêutrons cada, e essas partículas alfa podem ser condensadas na órbita de menor energia do carbono-12. A existência de um estado alfa condensado em isótopos mais pesados ​​com pesos atômicos divisíveis por quatro, como neon-20, foi teorizado, mas permaneceu incerto. Esses estados condensados ​​forneceriam uma janela única para o mundo da física nuclear. Isso ocorre porque as densidades da maioria dos núcleos normais são muito semelhantes entre si, enquanto o estado alfa condensado seria um exemplo de um sistema de muitos corpos de baixa densidade. Medir as propriedades de prótons e nêutrons em um estado tão diluído seria muito útil para compreender a natureza da matéria nuclear de baixa densidade que existe na superfície das estrelas de nêutrons.

Agora, uma equipe de pesquisadores liderada pela Universidade de Osaka forneceu evidências experimentais de que esses estados de excitação existem no neon-20. Ao disparar partículas alfa em um gás neon, eles observaram que os produtos de decadência indicavam a existência de estados de energia específicos no núcleo original. Estes combinaram muito bem com as previsões do estado condensado 5α, em que os 10 prótons e 10 nêutrons são agrupados em cinco partículas alfa na órbita de menor energia.

"Fomos capazes de obter resultados tão precisos porque fomos capazes de medir as partículas de decaimento do estado excitado, "O primeiro autor, Satoshi Adachi, explica." Desenvolvemos um sistema de alvo de gás neon-20 isotopicamente enriquecido com uma janela de vedação de gás ultrafina feita de SiNx. Descobrimos que era crucial medir partículas alfa dispersas inelasticamente em ângulos muito avançados, incluindo 0 graus, onde o estado alfa condensado foi seletivamente excitado. Esta medição foi muito difícil, mas um feixe de alta qualidade fornecido pelos ciclotrons bem sintonizados no RCNP nos permitiu conduzi-lo. ”Essas técnicas permitiram aos cientistas realizar uma comparação detalhada entre os cálculos estatísticos do modelo de decaimento e o experimento.

"Esperamos que esta pesquisa acelere o progresso em nossa compreensão de ambientes extremos, como a superfície de uma estrela de nêutrons, "O autor sênior Takahiro Kawabata diz. O trabalho também pode ser estendido a isótopos ainda mais pesados ​​que seguem o padrão" divisível por quatro ".