来自美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的物理学家及其合作者首次在美国陆军研究实验室的团队领导下展示了长期的核效应。这一进展测试了描述核与原子领域如何相互作用的理论模型，也可能为如何创建星元素提供新的见解。
物理学家在40多年前首次预测了这种效应，称为电子捕获核激发(NEEC)。但科学家们直到现在才看到它。研究人员使用Argonne Tandem Linac加速器系统(ATLAS)和强大的伽马射线光谱仪Gammasphere，创造了引发和发现行为的正确条件。
“我们能够确定在93 Mo 衰变期间发射的大约500条伽马射线，如果不是NEEC则不会释放。” - 负责Gammasphere的Argonne集团负责人Mike Carpenter
当带电原子捕获电子时，NEEC效应发生，给原子的核提供足够的能量以跳跃到更高的激发态。
激发的核在每种能量状态下停留一段时间，然后衰变到它下面的状态，以伽马射线的形式释放能量。这些兴奋状态的持续时间通常不到十亿分之一秒，但在极少数情况下，它们的寿命可能更长，即使是宇宙年龄的数百万倍。
较长寿命的能量状态称为异构体，为了观察NEEC效应，研究人员生产了一种半衰期约为7小时的异构体。换句话说，在异构能级存在7小时后，这种类型的核中约有一半会衰变。
由于其独特的能量排列，科学家选择生产这种称为93 Mo的核，即钼的同位素。研究实验室的首席科学家陆军研究实验室的克里斯基亚拉表示，“在异构体状态下，能量水平不会太高。” “在正常情况下，异构体在大约7小时后会自然衰变，但如果NEEC发生，则核从异构体中被激发到略高的状态。然后该状态迅速衰变到异构体以下的状态，发射伽马射线拥有我们可以寻找的独特能量。“
为了制造93 Mo，研究人员使用美国能源部科学用户设施办公室ATLAS，将一束离子加速到目标箔片中的原子，两者的原子核融合在一起。这些反应在Gammasphere中心形成高度激发态的93 Mo，等待以伽马射线的形式检测出效应的证据。
当93 Mo原子穿过目标材料时，它们撞击原子，使它们减速并剥离电子，使它们处于高电荷状态。来自目标原子的电子然后填充93 Mo 中的那些空位，并且如果电子在捕获之前具有正确的能量，则它们可以将核激发到下一个最高状态。当这种状态衰退时，核释放出可以追溯到NEEC反应的伽马射线。
该目标由ATLAS的内部目标制造商John Greene制定，在NEEC的检测中发挥了至关重要的作用。随着科学家们对93 Mo核的更多了解，Greene能够在飞行中进行调整，调整目标。随着一切就绪，团队开始收集数据。
“我们在为期三天的实验过程中检测到了这些反应产生的伽马射线，我们总共积累了大约80亿个事件，”负责Gammasphere的Argonne集团负责人Mike Carpenter说。“从这些事件中，我们能够确定在93 Mo 衰变期间发出的大约500条伽马射线，如果不是NEEC则不会释放。”
Gammasphere的力量和灵敏度对实验的成功至关重要。“我们使用了一种新的数字Gammasphere模式，它使我们的运行速度比旧的模拟系统高出约五倍，”Chiara说。但是ATLAS的硬件不仅重要。“作为伽玛射线光谱领域的专家，阿贡的工作人员提供了宝贵的科学和技术支持，”他补充说。
该团队的成功可能会带来天文学和宇宙学的进步，因为它可以提高科学家用来衡量恒星形成方式的模型的准确性。恒星中元素的数量很大程度上取决于原子核的结构和行为。在很长一段时间内，并且由于大量原子相互作用，特定异构体的存活或破坏会产生累积影响。将NEEC效应考虑在内可以提高我们对恒星的构成以及它们如何演变的理解。
陆军研究实验室的科学家们也对通过NEEC效应从异构体控制释放核能的未来可能应用感兴趣。如果科学家和工程师能够利用这种能量，它可能有助于开发每单位质量能量比化学电池高100,000倍的电源。