Un nucleo atomico classico, come quello che si trova nella maggior parte degli elementi quotidiani, è essenzialmente un grumo approssimativamente sferico di protoni e neutroni, saldamente legato dalla forza nucleare forte. Tuttavia, quando i nuclei diventano più esotici, ad esempio quando hanno un numero insolitamente elevato di protoni o neutroni o sono semplicemente estremamente pesanti, a volte sviluppano strutture davvero notevoli. Ad esempio, i nuclei degli elementi più pesanti creati artificialmente possono essere appiattiti, a forma di uovo o addirittura di pera. E alcuni nuclei atomici presentano una sorta di alone di protoni o neutroni - singoli blocchi nucleari che si estendono come nuvole ben oltre il raggio del nucleo atomico.
Un team guidato da Yu Yue dell'Istituto di Fisica Moderna dell'Accademia Cinese delle Scienze ha scoperto diversi nuclei atomici esotici con un simile alone di protoni utilizzando una nuova tecnica. Come riporta il team nella rivista "Physical Review Letters", uno dei nuclei scoperti potrebbe addirittura avere un doppio "alone": L'argon-31 potrebbe essere circondato da due nubi di protoni contemporaneamente. Per lo studio, il gruppo di lavoro ha misurato le masse di nuclei atomici con un numero insolitamente basso di neutroni. Il silicio-23, ad esempio, ha cinque neutroni in meno rispetto al "normale" silicio-28; l'argon-31 ha addirittura nove neutroni in meno rispetto all'argon-40 stabile.
Questi nuclei atomici particolarmente protonici potrebbero essere circondati da due nubi di protoni.
Questi nuclei atomici particolarmente ricchi di protoni sono molto instabili e decadono in pochi millisecondi. Sono vicini alla cosiddetta "linea di gocciolamento", il limite in cui i componenti nucleari in eccesso semplicemente "gocciolano" fuori dal nucleo. Queste formazioni esotiche al limite della stabilità forniscono informazioni sul comportamento dei componenti nucleari in condizioni estreme e forniscono intuizioni sulla natura della materia stessa. Gli aloni sono una conseguenza di questi rapporti di legame esotici. Le particelle fortemente legate hanno un'alta probabilità di trovarsi al centro del nucleo. Le particelle dell'alone, invece, sono più debolmente legate e quindi più lontane dal nucleo - lo circondano come una sorta di pelle o di alone.
Gli aloni di neutroni sono ora noti in diversi nuclei ricchi di neutroni. Gli aloni di protoni, invece, sono molto difficili da individuare. Il team di Yu ha quindi utilizzato il confronto con i cosiddetti "nuclei specchio": Nuclei atomici in cui protoni e neutroni sono virtualmente scambiati. Il nucleo specchio dell'argon-31, ad esempio, è l'isotopo alluminio-31: ha 13 protoni e 18 neutroni. Se questi nuclei sono esattamente simmetrici, dovrebbero avere una differenza di energia calcolabile. Tuttavia, utilizzando le masse atomiche misurate con precisione, gli esperti hanno dimostrato che le energie reali si discostano dalla simmetria. Ciò indica che l'energia di legame dell'argon-31 è diversa da quella prevista. Grazie a queste analisi, il team è giunto alla conclusione che i nuclei di fosforo-26 e -27 e di zolfo-27 e -28 hanno ciascuno un protone di alone, mentre l'argon-31 ne ha addirittura due.
