Une équipe internationale dirigée par des scientifiques de l'IPN Orsay (CNRS/Université Paris-Sud), CEA, et RIKEN (Japon) a réalisé la première spectroscopie des isotopes krypton 98 et 100 extrêmement riches en neutrons. Cette expérience a montré qu'il existe deux coexistants, formes quantiques concurrentes à basse énergie en 98Kr, jamais vu auparavant pour les isotopes Kr riches en neutrons. L'équipe a également montré que ces isotopes subissent une légère déformation avec l'ajout de neutrons, en contraste frappant avec les isotopes voisins du rubidium, strontium, et zirconium, qui changent brusquement de forme au nombre de neutrons 60. Cette étude marque une étape décisive vers la compréhension des limites de cette région de transition de phase quantique, et a été publié dans Physical Review Letters.

La façon dont les protons et les neutrons sont disposés dans un noyau dépend directement de la force qui les lie ensemble. Cette interaction nucléaire, encore mal compris, donne lieu à des phénomènes quantiques parfois soudains et surprenants comme le réarrangement spatial complet des nucléons en passant de 59 à 60 neutrons dans les isotopes du zirconium (numéro atomique 40) et du strontium (numéro atomique 38). Ces changements brusques illustrent l'interaction complexe entre les propriétés collectives des systèmes nucléaires, comme les formes, et leurs degrés de liberté microscopiques intrinsèques, comme les nombres de neutrons et de protons. L'étude et la compréhension de ces interactions sont essentielles pour contraindre les modèles nucléaires.

Jusqu'à maintenant, les isotopes du krypton ont été étudiés jusqu'à ⁹⁶ Kr, qui a exactement 60 neutrons et était connu pour être le point d'arrêt de la transition de forme. Cette expérience menée au RIKEN a permis aux scientifiques, pour la première fois, pour déterminer l'énergie des premiers états excités dans ^{98, 100} Kr et mettre en évidence une augmentation progressive de la déformation allant de 60 à 62 ou 64 neutrons. Au-delà de l'évolution un peu plus lente de la forme d'équilibre de ces noyaux, un état excité mesuré à basse énergie laisse présager la présence d'une autre configuration concurrente. Des modèles théoriques lient la présence de ces états de basse altitude à la coexistence de deux formes ellipsoïdales différentes à basse énergie.

Ces résultats ont été rendus possibles par la production de noyaux très riches en neutrons à la Radioactive Isotope Beam Factory (RIBF) du RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science au Japon. Environ 150 milliards de noyaux d'uranium 238 par seconde ont été accélérés à 70 % de la vitesse de la lumière et sont entrés en collision avec une cible de béryllium. Les produits de fission créés lors de cette collision ont été triés en vol par un spectromètre magnétique et envoyés sur une cible d'hydrogène liquide cryogénique pour synthétiser les noyaux d'intérêt par extinction de protons. Ces réactions knock-out ont été identifiées via une chambre de projection temporelle située autour de la cible d'hydrogène liquide épais (100 mm), comprenant un système appelé MINOS. Finalement, la désexcitation électromagnétique qui se produit quasi-instantanément pour ces noyaux exotiques a été détectée avec le détecteur DALI2, qui détecte les rayons gamma émis par les noyaux à l'aide de 186 scintillateurs. La combinaison de ces instruments et technologies est unique au monde, et essentiel pour l'étude de ces noyaux jusqu'alors inaccessibles.