在极端条件下研究物理系统能够为我们提供关于其组织和结构的宝贵洞见。在核物理的领域中，富中子同位素，尤其是中子-质子比与稳定核明显不同的较轻同位素，为现代核结构理论提供了严格的检验。这些同位素以非常短暂的共振态存在，并通过自发中子发射进行衰变。

现在，由东京工业大学物理系助理教授Yosuke Kondo领导的国际研究合作团队，在《自然》杂志上发表了一项新研究，首次观察到两种这样的同位素——氧-28（28O）和氧-27（27O），它们分别通过衰变成氧-24并携带四个和三个中子。氧-28核由8个质子和20个中子（N）组成，因此具有重要意义，因为它被预期将成为标准壳模型图像中为数不多的“双魔法核”之一。

这项研究的成功得益于RIKEN RI Beam Factory的能力，该设施能够产生强度充足的不稳定核束流，并与厚液氢活动靶和多中子探测阵列相结合。高能29F束流诱导质子与核子击出反应产生了这些中子非束缚同位素27O和28O。研究人员通过直接检测衰变产物观察了这些同位素并研究了它们的性质。

他们发现27O和28O都存在作为窄的低能共振态，与复杂的理论模型-基于量子色动力学有效场论的大规模壳模型计算和新开发的统计方法-比较了它们的衰变能。大多数理论方法对这两种同位素的能量预测要更高。近期的随束场耦合簇计算指出，“27O和28O的能量可以为这种从头相互作用方法提供有价值的约束条件，”康多博士指出。

研究人员还调查了从29F束流产生28O的截面，发现它与28O不显示出封闭的N = 20壳层结构。康多博士解释道：“这个结果表明，‘倒转之岛’，即中子轨道之间的能隙变弱或消失，延伸到氧同位素的氟同位素28F和29F之外。”

这项研究结果通过提供新的见解，特别是对于极丰中子核，增加了我们对核结构的理解。此外，借助这里使用的多中子衰变光谱学技术，对多中子相关性的详细研究以及其他异域系统的研究也变得可能。