根据Nature Physics上发表的一篇新论文，密歇根州立大学的研究人员首次测量了三种富含质子的钙同位素的原子核。
核的最基本属性之一是它的大小。核半径通常随着质子和中子成分的数量而增加。然而，当仔细研究时，半径以独特的方式变化，反映了核内质子和中子的复杂行为。
特别感兴趣的是钙同位素的电荷半径的变化。它们表现出奇特的行为，钙-48具有与钙-40几乎相同的半径，钙-44处的局部最大值，奇怪的偶数Z字形图案，以及钙-52的非常大的半径。尽管该模式已被部分解释(图中的灰线)，但许多现有理论难以解释这种行为。在最轻的稳定钙-40同位素下，由于难以产生富含质子的钙核，因此仅对钙-39已知电荷半径。
钙核的半径很小，约为0.0000000000000035米(或3.5飞秒)，局部变化仍然小200倍。此外，富含质子的钙同位素相当短暂。例如，钙-36仅存在十分之一秒。极短寿命同位素的电荷半径的微小变化可以使用在密歇根州立大学国家超导回旋加速器实验室的BAMOLA工厂的BEam COoler和LAser光谱仪开发的激光光谱技术测量。
由NSCL研究生助理安德鲁·米勒领导的这项研究首次测量了三个质子丰富的钙同位素(质量数A = 36,37,38)的电荷半径(图中的红色方块)。发现这些比以前的理论预测要小得多，并且提出了一个新的难题。然而，专注于这些现有数据的改进的理论模型显着地再现了从钙-36一直到钙-52的半径的总体趋势(图中的蓝线)。这种成功可归因于更好地理解质子在质子丰富的钙核表面外的远距离相互作用的特殊方式。对电荷半径的改进理解将影响全局原子核模型的进一步发展。
BECOLA的激光光谱实验和改进的核模型将在MSU目前正在建造的稀有同位素设施中确定和解释原子核半径方面发挥更加重要的作用，这将为新的稀有同位素提供前所未有的途径。