Den første lette atomkerne med et andet ansigt

Til en vis grad af tilnærmelse, atomkerner er sfæriske, omend forvrænget i større eller mindre omfang. Når kernen er spændt, dens form kan ændre sig, men kun i et ekstremt kort øjeblik, hvorefter den vender tilbage til sin oprindelige tilstand. Et relativt permanent 'andet ansigt' af atomkerner er indtil nu kun blevet observeret i de mest massive elementer. For nylig, fysikere fra Polen, Italien, Japan, Belgien og Rumænien har for første gang registreret dette fænomen i en let kerne.

Atomkerner kan ændre deres form afhængigt af mængden af ​​energi, de besidder, eller den hastighed, hvormed de drejer. Ændringer, der kun vedrører tilførsel af energi (og ikke tages i betragtning), er kun relativt stabile i kerner af de mest massive elementer. Nu, det viser sig, at kernerne af meget lettere elementer, såsom nikkel, også kan forblive lidt længere i deres nye form.

De nødvendige beregninger til forberedelsen af ​​eksperimentet viste sig at være så komplekse, at en computerinfrastruktur på omkring en million processorer var påkrævet for at udføre dem. Indsatsen er blevet rapporteret i journalen Fysisk gennemgangsbreve .

Konstrueret af protoner og neutroner, atomkerner anses generelt for at være sfæriske strukturer, men kan være fladt eller forlænget langs en, to, eller nogle gange tre akser. Hvad mere er, atomkerner kan ændre deres deformation afhængigt af mængden af ​​energi, de besidder, også når de ikke snurrer.

"Når en atomkerne forsynes med den rigtige mængde energi, den kan overgå til en tilstand med en anden formdeformation end den er typisk for grundtilstanden. Imidlertid, denne nye deformation, illustrativt set, er meget ustabil. Ligesom en bold vender tilbage til sin oprindelige form efter at have klemt den, så kernen vender tilbage til sin oprindelige form, men det gør så meget, meget hurtigere - i milliarddele af en milliarddel af et sekund eller endnu kortere tid. Så i stedet for at tale om atomkernens andet ansigt, det er nok bedre at tale om bare en grimase, " forklarer prof. Bogdan Fornal.

I de sidste årtier har der er akkumuleret beviser for, at relativt stabile kerner med en deformeret form kan være til stede i et lille antal elementer. Målinger har vist, at kernerne i nogle actinider - elementer med atomnummer fra 89 (actinium) til 103 (lawrencium) - er i stand til at opretholde deres 'andet ansigt' endda titusinder af millioner gange længere end andre kerner. Aktinider er ret massive, med protoner og neutroner på godt og vel 200. Indtil nu, blandt de ikke-roterende kerner af lettere elementer, en ophidset tilstand med en deformeret form præget af høj stabilitet er aldrig blevet observeret.

"Vi påpegede, at to teoretiske modeller for nuklear excitation forudsiger eksistensen af ​​relativt stabile tilstande med deformerede former i kernerne af lette elementer. Senere, en tredje model dukkede op, der også førte til lignende konklusioner. Vores opmærksomhed blev henledt til nikkel-66, fordi det var til stede i forudsigelserne for alle tre modeller, "minder Prof. Fornal.

Den nye eksperimentelle metode foreslået af prof. Silvia Leoni (UniMi), kombineret med den beregningsmæssigt sofistikerede Monte Carlo -skalmodel udviklet af teoretikere fra Tokyo -universitetet, muliggjorde designet af passende, nøjagtige målinger. Eksperimentet blev udført ved 9 MV FN Pelletron Tandem-acceleratoren, der opererede i det rumænske nationale institut for fysik og kerneteknik (IFIN-HH).

I forsøget i Bukarest, et mål for nikkel-64 blev affyret med kerner af oxygen-18. I forhold til oxygen-16, som er den vigtigste (99,76%) isotop af atmosfærisk ilt, disse kerner indeholder to yderligere neutroner. Under sammenstødene, begge overskydende neutroner kan overføres til nikkelkernerne, resulterer i dannelsen af ​​nikkel-66, hvis grundform næsten er en ideel sfære. Med korrekt udvalgte kollisionsenergier, en lille del af de således dannede Ni-66 kerner opnår en bestemt tilstand med en deformeret form, som, som målinger viste, viste sig at være lidt mere stabil end alle andre ophidsede tilstande forbundet med betydelig deformation. Med andre ord, kernen var i en lokal, dybt minimum af potentiale.

"Forlængelsen af ​​levetiden for den deforme form af Ni-66-kernen er ikke så spektakulær som aktinidernes. Vi registrerede kun fem gange vækst. Ikke desto mindre, målingen var enestående, fordi det var den første observation af sin art i lette kerner, " siger prof. Fornal, der understreger, at de målte forsinkelsestider for tilbagevenden til grundtilstanden i acceptabelt omfang svarer til værdierne fra den nye teoretiske model. Ingen af ​​de tidligere modeller af nuklear struktur tillod sådanne detaljerede forudsigelser. Dette tyder på, at den nye teoretiske tilgang skulle være nyttig til at beskrive flere tusinde kerner, der endnu ikke er blevet opdaget.