Professor samarbejder med internationale kolleger om skaludvikling af eksotiske kerneforskning

I en atomkerne, protoner og neutroner, i fællesskab kaldet nukleoner, er bundet sammen af ​​atomkræfter. Disse kræfter beskriver interaktionerne mellem nukleoner, som får dem til at besætte stater grupperet i skaller, hvor hver skal har en anden energi og kan være vært for et bestemt antal nukleoner. En kerne siges at være magisk, når neutronen eller protonerne tilfældigvis fylder deres respektive skaller op til kanten. Sådanne magiske kerner er især godt bundet og har egenskaber, der får dem til at skille sig ud. Faktisk, variationen i egenskaberne af kerner med nukleontal førte til formuleringen af ​​den berømte atomskalsmodel for omkring 70 år siden, med sine magiske tal 2, 8, 20, 28, 50, 82 og 126, som har haft spektakulær succes med at beskrive mange af egenskaberne ved de stabile kerner, der udgør verden omkring os.

Med fremkomsten af ​​partikelacceleratorfaciliteter, kortlivede kerner-såkaldte sjældne isotoper-der har, for eksempel, mange flere neutroner end protoner, kan produceres og udsættes for eksperimenter. Undersøgelser af sådanne eksotiske kerner afslørede, at de magiske tal ikke er så uforanderlige, som man kunne have forventet af den sjældne isotops stabile fætre med færre neutroner. Nye magiske tal blev fundet, og dem, der kendes fra stabile kerner, kan være fraværende for nogle kortlivede kerner. Dette kaldes shell evolution.

På jorden, sådanne eksotiske kortlivede kerner eksisterer kun i et flygtigt øjeblik produceret ved acceleratorfaciliteter. I universet, imidlertid, de dannes konstant i stjerner, f.eks., i eksplosioner på overfladen af ​​neutronstjerner, i supernovaer, eller ved de voldsomme sammenstød mellem neutronstjerner. Faktisk, reaktionerne og henfaldene i de sjældne isotoper bestemmer de grundlæggende overflodmængder, der observeres i universet. Hvis vi nogensinde vil forstå, hvordan det synlige stof omkring os blev til, vi skal forstå og være i stand til at modellere egenskaberne for de eksotiske kerner.

Michigan State University professor Alexandra Gade samarbejdede med kolleger fra Japan og Frankrig om en omfattende gennemgangsartikel i det prestigefyldte Anmeldelse af moderne fysik journal om kræfterne bag den observerede skaludvikling af eksotiske kerner. Artiklen gennemgår feltets tilstand og forbinder eksperimentelle observationer med teoretiske fremskridt i beskrivelsen af ​​sjældne isotoper.

I fremtiden, fremskridt på de eksperimentelle og teoretiske fronter forventes gennem nye kraftfulde laboratorier, såsom facilitet for sjældne isotopstråler på MSU, og højtydende computing, for eksempel. Virkningen af ​​at forstå shelludvikling rækker ud over atomastrofysik og strækker sig til applikationer såsom atomreaktorer, nuklear sikkerhed, eller nuklearmedicin.

Gades forskning støttes nu af et tilskud fra U.S. Department of Energy Office of Science.