An asymmetric fission island driven by shell effects in light fragments

Morfouace, P.; Taieb, J.; Chatillon, A.; Audouin, L.; Blanchon, G.; Bernard, R. N.; Dubray, N.; Pillet, N.; Regnier, D.; Alvarez-Pol, H.; Amjad, F.; André, P.; Authelet, G.; Atar, L.; Aumann, T.; Benlliure, J.; Boretzky, K.; Bott, L.; Brecelj, T.; Caesar, C.; Carpentier, P.; Casarejos, E.; Cederkäll, J.; Corsi, A.; Cortina-Gil, D.; Cvetinović, A.; De Filippo, E.; Dickel, T.; Feijoo, M.; Fonseca, L. M.; Galaviz, D.; García-Jiménez, G.; Gasparic, I.; Geraci, E. I.; Gernhäuser, R.; Gnoffo, B.; Göbel, K.; Graña-González, A.; Haettner, E.; Hartig, A.-L.; Heil, M.; Heinz, A.; Hensel, T.; Holl, M.; Hornung, C.; Horvat, A.; Jedele, A.; Malenica, D. Jelavic; Jenegger, T.; Ji, L.; Johansson, H. T.; Jonson, B.; Jurado, B.; Kalantar-Nayestanaki, N.; Kazantseva, E.; Kelic-Heil, A.; Kiselev, O. A.; Klenze, P.; Knöbel, R.; Körper, D.; Kostyleva, D.; Kröll, T.; Kuzminchuk, N.; Laurent, B.; Lihtar, I.; Litvinov, Yu. A.; Löher, B.; Martorana, N. S.; Mauss, B.; Morales, S. Murillo; Mücher, D.; Mukha, I.; Nacher, E.; Obertelli, A.; Pagano, E. V.; Panin, V.; Park, J.; Paschalis, S.; Petri, M.; Pietri, S.; Pirrone, S.; Politi, G.; Ponnath, L.; Revel, A.; Rhee, H.-B.; Rodríguez-Sánchez, J. L.; Rose, L.; Rossi, D.; Roy, P.; Russotto, P.; Scheidenberger, C.; Scheit, H.; Simon, H.; Storck-Dutine, S.; Stott, A.; Sun, Y. L.; Sürder, C.; Tanaka, Y. K.; Taniuchi, R.; Tengblad, O.; Tisma, I.; Törnqvist, H. T.; Trimarchi, M.; Velardita, S.; Vesic, J.; Voss, B.; Wamers, F.; Weick, H.; Wienholtz, F.; Zhao, J.; Zhukov, M.

An asymmetric fission island driven by shell effects in light fragments

P. Morfouace (), J. Taieb, A. Chatillon, L. Audouin, G. Blanchon, R. N. Bernard, N. Dubray, N. Pillet, D. Regnier, H. Alvarez-Pol, F. Amjad, P. André, G. Authelet, L. Atar, T. Aumann, J. Benlliure, K. Boretzky, L. Bott, T. Brecelj, C. Caesar, P. Carpentier, E. Casarejos, J. Cederkäll, A. Corsi, D. Cortina-Gil, A. Cvetinović, E. De Filippo, T. Dickel, M. Feijoo, L. M. Fonseca, D. Galaviz, G. García-Jiménez, I. Gasparic, E. I. Geraci, R. Gernhäuser, B. Gnoffo, K. Göbel, A. Graña-González, E. Haettner, A.-L. Hartig, M. Heil, A. Heinz, T. Hensel, M. Holl, C. Hornung, A. Horvat, A. Jedele, D. Jelavic Malenica, T. Jenegger, L. Ji, H. T. Johansson, B. Jonson, B. Jurado, N. Kalantar-Nayestanaki, E. Kazantseva, A. Kelic-Heil, O. A. Kiselev, P. Klenze, R. Knöbel, D. Körper, D. Kostyleva, T. Kröll, N. Kuzminchuk, B. Laurent, I. Lihtar, Yu. A. Litvinov, B. Löher, N. S. Martorana, B. Mauss, S. Murillo Morales, D. Mücher, I. Mukha, E. Nacher, A. Obertelli, E. V. Pagano, V. Panin, J. Park, S. Paschalis, M. Petri, S. Pietri, S. Pirrone, G. Politi, L. Ponnath, A. Revel, H.-B. Rhee, J. L. Rodríguez-Sánchez, L. Rose, D. Rossi, P. Roy, P. Russotto, C. Scheidenberger, H. Scheit, H. Simon, S. Storck-Dutine, A. Stott, Y. L. Sun, C. Sürder, Y. K. Tanaka, R. Taniuchi, O. Tengblad, I. Tisma, H. T. Törnqvist, M. Trimarchi, S. Velardita, J. Vesic, B. Voss, F. Wamers, H. Weick, F. Wienholtz, J. Zhao and M. Zhukov
Additional contact information
P. Morfouace: DIF
J. Taieb: DIF
A. Chatillon: DIF
L. Audouin: IJC Lab
G. Blanchon: DIF
R. N. Bernard: Cadarache
N. Dubray: DIF
N. Pillet: DIF
D. Regnier: DIF
H. Alvarez-Pol: University of Santiago de Compostela
F. Amjad: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
P. André: Centre de Saclay
G. Authelet: Centre de Saclay
L. Atar: Institut für Kernphysik
T. Aumann: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
J. Benlliure: CSIC - Univ. of Valencia
K. Boretzky: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
L. Bott: Goethe-Universität Frankfurt
T. Brecelj: Jozef Stefan Institute
C. Caesar: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
P. Carpentier: DIF
E. Casarejos: Department of Mechanical Engineering
J. Cederkäll: Lund University
A. Corsi: Centre de Saclay
D. Cortina-Gil: CSIC - Univ. of Valencia
A. Cvetinović: Jozef Stefan Institute
E. De Filippo: INFN Sezione di Catania
T. Dickel: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
M. Feijoo: University of Santiago de Compostela
L. M. Fonseca: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
D. Galaviz: LIP
G. García-Jiménez: University of Santiago de Compostela
I. Gasparic: RBI Zagreb
E. I. Geraci: INFN Sezione di Catania
R. Gernhäuser: Technische Universität München
B. Gnoffo: INFN Sezione di Catania
K. Göbel: Goethe-Universität Frankfurt
A. Graña-González: University of Santiago de Compostela
E. Haettner: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
A.-L. Hartig: Institut für Kernphysik
M. Heil: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
A. Heinz: Chalmers Tekniska Högskola
T. Hensel: Institute of Radiation Physics
M. Holl: Chalmers Tekniska Högskola
C. Hornung: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
A. Horvat: Institut für Kernphysik
A. Jedele: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
D. Jelavic Malenica: RBI Zagreb
T. Jenegger: Technische Universität München
L. Ji: Institut für Kernphysik
H. T. Johansson: Chalmers Tekniska Högskola
B. Jonson: Chalmers Tekniska Högskola
B. Jurado: CNRS, LP2IB
N. Kalantar-Nayestanaki: University of Groningen
E. Kazantseva: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
A. Kelic-Heil: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
O. A. Kiselev: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
P. Klenze: Technische Universität München
R. Knöbel: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
D. Körper: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
D. Kostyleva: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
T. Kröll: Institut für Kernphysik
N. Kuzminchuk: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
B. Laurent: DIF
I. Lihtar: RBI Zagreb
Yu. A. Litvinov: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
B. Löher: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
N. S. Martorana: INFN Sezione di Catania
B. Mauss: DIF
S. Murillo Morales: University of York
D. Mücher: University of Guelph
I. Mukha: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
E. Nacher: CSIC - Univ. of Valencia
A. Obertelli: Institut für Kernphysik
E. V. Pagano: INFN Laboratori Nazionali del Sud
V. Panin: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
J. Park: Center for Exotic Nuclear Studies
S. Paschalis: University of York
M. Petri: University of York
S. Pietri: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
S. Pirrone: INFN Sezione di Catania
G. Politi: INFN Sezione di Catania
L. Ponnath: Institut für Kernphysik
A. Revel: Centre de Saclay
H.-B. Rhee: Institut für Kernphysik
J. L. Rodríguez-Sánchez: University of Santiago de Compostela
L. Rose: University of York
D. Rossi: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
P. Roy: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
P. Russotto: INFN Laboratori Nazionali del Sud
C. Scheidenberger: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
H. Scheit: Institut für Kernphysik
H. Simon: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
S. Storck-Dutine: Institut für Kernphysik
A. Stott: University of York
Y. L. Sun: Institut für Kernphysik
C. Sürder: Institut für Kernphysik
Y. K. Tanaka: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
R. Taniuchi: University of York
O. Tengblad: CSIC
I. Tisma: Jozef Stefan Institute
H. T. Törnqvist: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
M. Trimarchi: INFN Sezione di Catania
S. Velardita: Institut für Kernphysik
J. Vesic: Jozef Stefan Institute
B. Voss: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
F. Wamers: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
H. Weick: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
F. Wienholtz: Institut für Kernphysik
J. Zhao: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
M. Zhukov: Chalmers Tekniska Högskola

Nature, 2025, vol. 641, issue 8062, 339-344

Abstract: Abstract Nuclear fission leads to the splitting of a nucleus into two fragments1,2. Studying the distribution of the masses and charges of the fragments is essential for establishing the fission mechanisms and refining the theoretical models3,4. It has value for our understanding of r-process nucleosynthesis5,6, in which the fission of nuclei with extreme neutron-to-proton ratios is pivotal for determining astrophysical abundances and understanding the origin of the elements7 and for energy applications8,9. Although the asymmetric distribution of fragments is well understood for actinides (elements in the periodic table with atomic numbers from 89 to 103) based on shell effects10, symmetric fission governs the scission process for lighter elements. However, unexpected asymmetric splits have been observed in neutron-deficient exotic nuclei11, prompting extensive further investigations. Here we present measurements of the charge distributions of fission fragments for 100 exotic fissioning systems, 75 of which have never been measured, and establish a connection between the neutron-deficient sub-lead region and the well-understood actinide region. These new data comprehensively map the asymmetric fission island and provide clear evidence for the role played by the deformed Z = 36 proton shell of the light fragment in the fission of sub-lead nuclei. Our dataset will help constrain the fission models used to estimate the fission properties of nuclei with extreme neutron-to-proton ratios for which experimental data are unavailable.

Date: 2025
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