Forskere undersøger forvirrende størrelser af ekstremt lette calciumisotoper

Forskere fra Michigan State University har for første gang målt kernerne i tre protonrige calciumisotoper, ifølge et nyt blad offentliggjort i Naturfysik .

En af kernens mest fundamentale egenskaber er dens størrelse. Den nukleare radius stiger generelt med antallet af proton- og neutronbestanddele. Imidlertid, når de undersøges nøje, radierne varierer på unikke måder, afspejler den indviklede adfærd af protoner og neutroner inde i kernen.

Af særlig interesse er variationen af ​​ladningsradierne for calciumisotoper. De udviser en ejendommelig adfærd med calcium-48 med næsten samme radius som calcium-40, et lokalt maksimum ved calcium-44, et distinkt ulige-lige zigzagmønster, og en meget stor radius for calcium-52. Selvom mønsteret er blevet delvist forklaret (grå linje i figuren), mange eksisterende teorier kæmper for at forklare denne adfærd. Under den letteste stabile calcium-40 isotop, ladningsradius har kun været kendt for calcium-39, på grund af vanskeligheden ved at producere protonrige calciumkerner.

Radius af en calciumkerne er lille, ca. 0,0000000000000035 meter (eller 3,5 femtometer), og den lokale variation er 200 gange mindre endnu. I øvrigt, de protonrige calciumisotoper er temmelig kortvarige. For eksempel, calcium-36 eksisterer kun i en tiendedel af et sekund. De små ændringer i ladningsradier for meget kortvarige isotoper kan måles ved hjælp af laserspektroskopiteknikken udviklet ved BEam COoler og LAser spektroskopi, BECOLA, facilitet ved National Superconducting Cyclotron Laboratory ved Michigan State University.

Forskningen, ledet af Andrew Miller, NSCL kandidatassistent, målt for første gang (røde firkanter i figur) ladningsradierne for tre protonrige calciumisotoper (med massetal A =36, 37, 38). Disse viste sig at være meget mindre end tidligere teoretiske forudsigelser og præsenterer et nyt puslespil. Imidlertid, en forbedret teoretisk model med fokus på disse nuværende data gengiver bemærkelsesværdigt den generelle tendens til radier fra calcium-36 hele vejen til calcium-52 (blå linje i figur). Denne succes kan tilskrives en bedre forståelse af de ejendommelige måder, hvorpå protoner interagerer med hinanden på store afstande uden for overfladen af ​​en protonrig calciumkerne. Den forbedrede forståelse af ladningsradier vil påvirke den videre udvikling af en global model af atomkernen.

Laserspektroskopi -eksperimentet på BECOLA og den forbedrede nukleare model vil spille en endnu mere væsentlig rolle i bestemmelsen og fortolkningen af ​​radier af kerner på Facility for Rare Isotope Beams, der i øjeblikket er under opførelse på MSU, som vil give hidtil uset adgang til nye sjældne isotoper.