A une certaine approximation, les noyaux atomiques sont sphériques, bien que plus ou moins déformée. Lorsque le noyau est excité, sa forme peut changer, mais seulement pour un moment extrêmement bref, après quoi il revient à son état d'origine. Une « seconde face » relativement permanente des noyaux atomiques n'a jusqu'à présent été observée que dans les éléments les plus massifs. Récemment, physiciens polonais, Italie, Japon, La Belgique et la Roumanie ont pour la première fois enregistré ce phénomène dans un noyau léger.

Les noyaux atomiques peuvent changer de forme en fonction de la quantité d'énergie qu'ils possèdent ou de la vitesse à laquelle ils tournent. Les changements liés uniquement à l'ajout d'énergie (et ne tenant pas compte du spin) ne sont relativement stables que dans les noyaux des éléments les plus massifs. Maintenant, il s'avère que les noyaux d'éléments beaucoup plus légers comme le nickel peuvent également persister un peu plus longtemps dans leur nouvelle forme.

Les calculs nécessaires à la préparation de l'expérience se sont avérés si complexes qu'une infrastructure informatique d'environ un million de processeurs a été nécessaire pour les effectuer. L'effort a été rapporté dans le journal Lettres d'examen physique .

Construit de protons et de neutrons, les noyaux atomiques sont généralement considérés comme des structures sphériques, mais peut être aplati ou allongé le long d'un, deux, ou parfois trois axes. Quoi de plus, les noyaux atomiques peuvent modifier leur déformation en fonction de la quantité d'énergie qu'ils possèdent, même quand ils ne tournent pas.

"Lorsqu'un noyau atomique reçoit la bonne quantité d'énergie, il peut passer à un état avec une déformation de forme différente de celle typique de l'état de base. Cependant, cette nouvelle déformation, à titre indicatif, est très instable. Tout comme une balle reprend sa forme d'origine après l'avoir pressée, donc le noyau revient à sa forme originale, mais ça fait tellement, beaucoup plus rapide, en milliardièmes de milliardième de seconde ou en un temps encore plus court. Alors au lieu de parler de la seconde face du noyau atomique, c'est probablement mieux de parler d'une simple grimace, " explique le Pr Bogdan Fornal.

Au cours des dernières décennies, les preuves se sont accumulées confirmant que des noyaux relativement stables avec une forme déformée peuvent être présents dans un petit nombre d'éléments. Des mesures ont montré que les noyaux de certains actinides – éléments dont le numéro atomique va de 89 (actinium) à 103 (lawrencium) – sont capables de conserver leur « seconde face » même des dizaines de millions de fois plus longtemps que d'autres noyaux. Les actinides sont assez massifs, avec des protons et des neutrons totalisant bien au-dessus de 200. Jusqu'à présent, parmi les noyaux non filants des éléments plus légers, un état excité avec une forme déformée caractérisée par une grande stabilité n'a jamais été observé.

"Nous avons souligné que deux modèles théoriques d'excitation nucléaire prédisent l'existence d'états relativement stables avec des formes déformées dans les noyaux des éléments légers. Plus tard, un troisième modèle est apparu qui a également conduit à des conclusions similaires. Notre attention a été attirée sur le nickel-66, car il était présent dans les prédictions des trois modèles, " rappelle le Pr Fornal.

La nouvelle méthode expérimentale proposée par le Pr. Silvia Leoni (UniMi), combiné avec le modèle de coque Monte Carlo sophistiqué développé par les théoriciens de l'Université de Tokyo, a permis de concevoir des mesures précises. L'expérience a été réalisée sur l'accélérateur tandem 9 MV FN Pelletron fonctionnant à l'Institut national roumain de physique et de génie nucléaire (IFIN-HH).

Dans l'expérience de Bucarest, une cible de nickel-64 a été tirée avec des noyaux d'oxygène-18. Par rapport à l'oxygène-16, qui est le principal (99,76 %) isotope de l'oxygène atmosphérique, ces noyaux contiennent deux neutrons supplémentaires. Lors des collisions, à la fois les neutrons en excès peuvent être transférés aux noyaux de nickel, aboutissant à la création de nickel-66, dont la forme de base est presque une sphère idéale. Avec des énergies de collision correctement sélectionnées, une petite partie des noyaux Ni-66 ainsi formés atteint un certain état avec une forme déformée qui, comme l'ont montré les mesures, s'est avéré légèrement plus stable que tous les autres états excités associés à une déformation significative. En d'autres termes, le noyau était dans un local, profond minimum de potentiel.

"L'allongement de la durée de vie de la forme déformée du noyau Ni-66 n'est pas aussi spectaculaire que celle des actinides. Nous n'avons enregistré qu'une multiplication par cinq. Néanmoins, la mesure était exceptionnelle, car c'était la première observation du genre dans les noyaux légers, " dit le Pr Fornal, qui souligne que les délais de retour à l'état de base mesurés correspondent dans une mesure acceptable aux valeurs fournies par le nouveau modèle théorique. Aucun des modèles antérieurs de structure nucléaire n'a permis de telles prédictions détaillées. Cela suggère que la nouvelle approche théorique devrait être utile pour décrire plusieurs milliers de noyaux qui n'ont pas encore été découverts.