Os núcleos atômicos têm apenas dois ingredientes, prótons e nêutrons, mas o número relativo desses ingredientes faz uma diferença radical em suas propriedades. Certas configurações de prótons e nêutrons, com "números mágicos" de prótons ou nêutrons dispostos em camadas preenchidas dentro do núcleo, são mais fortemente vinculados do que outros. Os raros núcleos com camadas completas de prótons e nêutrons, que são denominados duplamente mágicos, exibem energia de ligação particularmente aprimorada e são excelentes casos de teste para estudos de propriedades nucleares.

Em um artigo publicado recentemente em Física da Natureza , Maxime Mougeot do CERN e seus colegas descrevem cálculos teóricos e resultados experimentais da instalação ISOLDE do CERN que lançam uma nova luz sobre um dos núcleos duplamente mágicos mais icônicos:o tin-100.

Com 50 prótons e 50 nêutrons, tin-100 é de particular interesse para estudos de propriedades nucleares porque, além de ser duplamente mágico, é o núcleo mais pesado compreendendo prótons e nêutrons em igual número - uma característica que lhe dá um dos mais fortes decaimentos beta, no qual um pósitron (a antipartícula de um elétron) é emitido para produzir um núcleo filho.

Os estudos sobre a decadência beta do estanho-100 apresentam dificuldades para produzi-lo. Além disso, os dois estudos mais recentes, na RIKEN no Japão por Lubos e colegas e na GSI na Alemanha por Hinke e colegas, produzem valores diferentes para a energia liberada na decadência, resultando em valores discrepantes para a massa de estanho-100.

Desenvolvimentos recentes na instalação ISOLDE permitiram a produção dos vizinhos núcleos índio-101, índio-100 e índio-99, um mero próton abaixo de estanho-100. Em seu novo estudo, Mougeot e colegas usaram todo o armamento experimental da instalação ISOLTRAP da instalação para medir as massas desses novos membros da família ISOLDE, notavelmente a massa de índio-100.

"A massa do estanho-100 pode ser derivada da massa do índio-100 e da energia liberada no decaimento beta do estanho-100 para o índio-100, "diz Mougeot, "Portanto, nossa medição de massa de índio-100 agarrou este icônico núcleo duplamente mágico pela cauda."

A medição de massa ISOLTRAP do índio-100 é noventa vezes mais precisa do que a anterior, ampliando a discrepância nos valores da massa de estanho-100 deduzidos dos estudos mais recentes de decaimento beta.

Os pesquisadores então fizeram comparações entre as massas medidas dos núcleos de índio e novos cálculos teóricos "ab initio" sofisticados que tentam descrever os núcleos a partir dos primeiros princípios. Essas comparações favorecem o resultado da energia do decaimento beta de Hinke e colegas em relação ao de Lubos e colegas. Além disso, eles mostram excelente concordância entre as medições e os cálculos, dando aos pesquisadores grande confiança de que os cálculos capturam a intrincada física nuclear do estanho-100 e seus vizinhos de índio.