Une collaboration internationale menée par des scientifiques de l'Université de Hong Kong, RIKEN (Japon), et le CEA (France) ont utilisé la RI Beam Factory (RIBF) du RIKEN Nishina Center for Accelerator-base Science pour montrer que 34 est un « nombre magique » pour les neutrons, ce qui signifie que les noyaux atomiques avec 34 neutrons sont plus stables que prévu. Des expériences antérieures avaient suggéré, mais pas clairement démontré, que ce serait le cas.

Les expérimentations, Publié dans Lettres d'examen physique , ont été réalisées avec du calcium 54, un noyau instable qui a 20 protons et 34 neutrons. A travers les expérimentations, les chercheurs ont montré qu'il présente une forte fermeture de la coquille, une situation avec des neutrons qui est similaire à la façon dont les atomes avec des couches d'électrons fermées, comme l'hélium et le néon, sont chimiquement inactifs.

Alors qu'on croyait autrefois que les protons et les neutrons étaient regroupés comme une soupe dans le noyau, on sait maintenant qu'ils sont organisés en coquilles. Avec le remplissage complet d'un obus nucléaire, souvent appelé « nombre magique, " les noyaux présentent des attributs distinctifs qui peuvent être sondés en laboratoire. Par exemple, une grande énergie pour le premier état excité d'un noyau indique un nombre magique.

Des études récentes sur les noyaux riches en neutrons ont laissé entendre que de nouveaux nombres doivent être ajoutés aux chiffres connus, nombres canoniques de 2, 8, 20, 28, 50, 82, et 126.

Premiers tests sur le calcium 54, également réalisé au RIBF en 2013, avait déjà indiqué que le numéro devrait exister. Au cours de la nouvelle expérience, l'objectif de la recherche s'est déplacé vers la détermination de sa force réelle. Dans l'expérience actuelle, l'équipe autour de Sidong Chen a mesuré directement le nombre de neutrons occupant les coquilles individuelles dans le calcium 54 en éliminant minutieusement les neutrons un par un.

Pour faire ça, le groupe a utilisé un faisceau contenant du calcium voyageant à environ 60% de la vitesse de la lumière, sélectionné et identifié par le séparateur isotopique BigRIPS, et a heurté le faisceau dans une cible d'hydrogène liquide épais, ou des protons, refroidi à une température extrêmement basse de 20 K. La structure détaillée de la coquille de l'isotope a été déduite des sections efficaces des neutrons éliminés lors de leur collision avec les protons, permettant aux chercheurs de les associer à différents coquillages.

Selon Pieter Doornenbal du Centre Nishina, "Pour la première fois, nous avons pu démontrer quantitativement que toutes les coquilles neutroniques sont complètement remplies en 54Ca, et que 34 neutrons est en effet un bon nombre magique." La découverte démontre que 34 fait partie de l'ensemble des nombres magiques, bien que son apparition soit limitée à une région très limitée de la carte nucléaire. Sidong Chen poursuit « Les efforts majeurs à l'avenir se concentreront sur la délimitation de cette région. De plus, pour des systèmes plus riches en neutrons, comme 60Ca, d'autres nombres magiques sont prédits. Ces systèmes « exotiques » sont actuellement hors de portée du RIBF pour des études détaillées, mais nous pensons que grâce à ses capacités croissantes, ils deviendront accessibles dans un avenir prévisible."