Διαστρεβλώνοντας το πυρηνικό κάτοπτρο – «κατοπτρικοί» πυρήνες εμφανίζουν βαθμό παραβίασης της συμμετρίας

Η ανάπτυξη των πυρηνικών θεωριών βοηθήθηκε από μια διατυπωμένη υπόθεση της ισχυρής αλληλεπίδρασης που κρατά μαζί τα νουκλεόνια. Αυτή η αλληλεπίδραση, αρχικά θεωρείτο ότι, θα πρέπει να είναι ανεξάρτητη από το φορτίο του σωματίου, επιτρέποντας νετρόνια και πρωτόνια να θεωρούνται ως δυο καταστάσεις του ίδιου σωματίου. Ωστόσο, αυτή η συμμετρία του «ισοσπίν» δεν είναι ακριβής – όπως επιδείχτηκε, για παράδειγμα, από την ελαφρά διαφορά μάζας μεταξύ πρωτονίων και νετρονίων. Οι ερευνητές προηγουμένως αιτιολόγησαν τέτοιες εκδηλώσεις θραύσης της συμμετρίας του ισοσπίν με μικροδιορθώσεις των πυρηνικών θεωριών. Όμως τώρα, η Kathrin Wimmer, του Ινστιτούτου για τη Δομή της Ύλης στην Ισπανία και του Πανεπιστημίου του Τόκιο και οι συνεργάτες της έδειξαν ότι δυο «κατοπτρικοί» πυρήνες εμφανίζουν ένα βαθμό παραβίασης της συμμετρίας που τα τρέχοντα μοντέλα δεν μπορούν να εξηγήσουν.

Σε έναν επιταχυντή, η ομάδα των επιστημόνων παρήγαγε διάφορους πυρήνες με τον ίδιο μαζικό αριθμό: κρυπτό (36 πρωτόνια και 34 νετρόνια), βρώμιο (35 και 35) και σελήνιο (34 και 36). Χτυπώντας ένα φύλλο χρυσού, αυτοί οι πυρήνες παρήγαγαν ακτίνες-γ σε συχνότητες ιδιαίτερων πυρηνικών μεταβάσεων. Μετρώντας την ένταση των ακτίνων-γ σε αυτές τις διαφορετικές συχνότητες, οι ερευνητές εξήγαγαν όχι μόνο τις ενέργειες μετάβασης – που είχαν κάνει προηγουμένως – αλλά επίσης τις πιθανότητες μετάβασης. Οι πιθανότητες αυτές είναι άμεσα σχετιζόμενες με τις πυρηνικές κυματοσυναρτήσεις. Συγκρινόμενες με παρατηρήσιμες που χρησιμοποιήθηκαν προηγουμένως, αυτές οι πιθανότητες είναι περισσότερο ευαίσθητα εργαλεία διερεύνησης για το πώς επηρεάζονται οι κυματοσυναρτήσεις διαφορετικά από τα νετρόνια και τα πρωτόνια.

Τα πειράματα έδειξαν μια αναπάντεχα μεγάλη παραβίαση της συμμετρίας του ισοσπίν: οι μεταβάσεις σε κατοπτρικούς πυρήνες κρυπτού και σελήνιου έχουν πιθανότητες που αποκλίνουν σημαντικά από τις θεωρητικές προβλέψεις. Οι διαφορές αυτές μπορεί να αντανακλούν αλλαγές στα πυρηνικά σχήματα, αναφέρουν οι συγγραφείς της μελέτης: το σελήνιο είναι πιθανώς πεπλατυσμένο – σαν φακή – ενώ το κρυπτό είναι πολύ περισσότερο παραμορφωμένο και πιθανά είναι ένα επίμηκες κατά τη μια πολική του διάμετρο σφαιροειδές – σαν μια μπάλα του Αμερικάνικου ποδοσφαίρου.