Forskere bekræfter et nyt magisk tal for neutroner

Et internationalt samarbejde ledet af forskere fra University of Hong Kong, RIKEN (Japan), og CEA (Frankrig) har brugt RI Beam Factory (RIBF) ved RIKEN Nishina Center for Accelerator-base Science til at vise, at 34 er et "magisk tal" for neutroner, hvilket betyder, at atomkerner med 34 neutroner er mere stabile, end man normalt ville forvente. Tidligere eksperimenter havde foreslået, men ikke tydeligt demonstreret, at dette ville være tilfældet.

Eksperimenterne, udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , blev udført med calcium 54, en ustabil kerne, som har 20 protoner og 34 neutroner. Gennem forsøgene, forskerne viste, at den udviser stærk skallukning, en situation med neutroner, der ligner den måde, atomer med lukkede elektronskaller, såsom helium og neon, er kemisk inaktive.

Mens man engang troede, at protoner og neutroner var klumpet sammen som en suppe i kernen, det vides nu, at de er organiseret i skaller. Med fuldstændig fyldning af en atomskal, ofte omtalt som "magisk tal, " kerner udviser karakteristiske egenskaber, som kan undersøges i laboratoriet. F.eks. en stor energi for den første exciterede tilstand af en kerne er tegn på et magisk tal.

Nylige undersøgelser af neutronrige kerner har antydet, at nye tal skal tilføjes til de kendte, kanoniske tal på 2, 8, 20, 28, 50, 82, og 126.

Indledende test på calcium 54, også udført på RIBF i 2013, havde allerede tilkendegivet, at nummeret skulle eksistere. Under det nye eksperiment, forskningsfokus flyttede sig mod at bestemme dens faktiske styrke. I det nuværende eksperiment, holdet omkring Sidong Chen målte direkte antallet af neutroner, der optager de individuelle skaller i calcium 54, ved omhyggeligt at slå neutronerne ud én ad gangen.

At gøre dette, gruppen brugte en stråle, der indeholdt calcium, der bevægede sig med omkring 60 % af lysets hastighed, valgt og identificeret af BigRIPS isotopseparatoren, og kolliderede strålen ind i et mål af tykt flydende brint, eller protoner, afkølet til en enorm lav temperatur på 20 K. Isotopens detaljerede skalstruktur blev udledt af tværsnittene af neutronerne slået ud, da de kolliderede med protonerne, giver forskerne mulighed for at forbinde dem med forskellige skaller.

Ifølge Pieter Doornenbal fra Nishina Center, "For første gang, vi var i stand til at demonstrere kvantitativt, at alle neutronskallerne er fuldstændigt fyldt med 54Ca, og at 34 neutroner virkelig er et godt magisk tal." Fundet viser, at 34 er en del af sættet af magiske tal, selvom dets udseende er begrænset til et meget begrænset område af atomkortet. Sidong Chen fortsætter "Større indsats i fremtiden vil fokusere på at afgrænse denne region. Desuden, for mere neutronrige systemer, som 60Ca, yderligere magiske tal forudsiges. Disse 'eksotiske' systemer er i øjeblikket uden for rækkevidde af RIBF for detaljerede undersøgelser, men vi mener, at takket være dens stigende kapacitet, de vil blive tilgængelige i en overskuelig fremtid."