Ny indsigt i pionkondens og dannelse af neutronstjerner

I 1973, Den russiske fysiker A.B. Migdal forudsagde fænomenet pionkondensation over en kritisk, ekstremt høj - flere gange højere end for normalt stof - atomtæthed. Selvom denne kondens aldrig er blevet observeret, det forventes at spille en nøglerolle i den hurtige afkøling af kernen af ​​neutronstjerner. Disse tunge stjernemateriale i bystørrelse er så tætte, at på Jorden, en teskefuld ville veje en milliard tons.

For nylig, forskere fra RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science og Kyushu University, udfører et eksperiment på RIKEN RI Beam Factory på en meget neutronrig tinisotop, undersøgte, om denne proces virkelig kunne forekomme i neutronstjerner med en masse på omkring 1,4 gange vores sols masse. Lignende undersøgelser blev tidligere udført på stabile isotoper, f.eks. 90Zr eller 208Pb, men denne gang besluttede forskerne at studere sagen om 132Sn, en isotop af tin. Denne dobbelt magiske ustabile kerne har en ret simpel struktur, der gør det let at sammenligne de teoretiske beregninger med andre isotoper med lignende masse. Desuden, 132Sn med sit store neutronoverskud (den består af 50 protoner og 82 neutroner) giver bedre betingelser end de stabile isotoper til at udvide denne undersøgelse mod det rene neutronstof i neutronstjernerne.

En sekundær cocktailstråle indeholdende 132Sn blev fremstillet ved projektilfragmentering af en primær uranstråle, der kolliderede med et tykt berylliummål. Derefter, et flydende brintmål blev bestrålet med 132Sn. Det resulterer i den kollektive excitation af neutronerne og protonerne i tinkernerne, med neutronspinn og protonspind, der oscillerer ud af fase. Denne excitationstilstand, kaldet "kæmpe resonans, "er velegnet til at studere de kortdistanceinteraktioner, der, samtidig med at det er afgørende i starten af ​​pionkondensation, er komplekse og ekstremt vanskelige at måle.

Ifølge Masaki Sasano fra RIKEN Nishina Center, hvem er en af ​​de første forfattere til denne undersøgelse, deres resultat, som blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve tidsskrift, viser, at pionkondensationen skal forekomme ved omkring to gange normal kernetæthed, som kan realiseres i en neutronstjerne med en masse på 1,4 gange solens. Sasano sagde, at for at forstå muligheden for pionkondensation fuldt ud, de planlægger at udvide disse unikke undersøgelser af gigantiske resonanser til andre neutronrige kerner, der ligger langt ud over stabilitetsgrænsen, har stor neutron-proton asymmetri.