Kaliumkernen mister noget af sin magi

En ny undersøgelse ved ISOLDE finder ingen signatur på et "magisk" antal neutroner i kalium-51, udfordrer den foreslåede magiske natur af kerner med 32 neutroner.

Magien ser ud til at ebbe ud fra nogle atomkerner. De seneste målinger af størrelsen af ​​kaliumkerner rige på neutroner viser ingen signatur på et "magisk" antal neutroner i kalium-51, som har 19 protoner og 32 neutroner. Resultatet, opnået af et team af forskere ved hjælp af CERNs kernefysiske anlæg ISOLDE og beskrevet i et papir, der netop er offentliggjort i Naturfysik , udfordrer nuklear-fysik teorier og den foreslåede magiske natur kerner med 32 neutroner.

Protoner og neutroner menes at hver optager en række skaller af forskellig energi i en atomkerne, ligesom elektroner i et atom fylder en række skaller omkring kernen. I denne nukleare granatmodel, kerner, hvori protoner eller neutroner danner komplette skaller, uden plads tilbage til yderligere partikler, kaldes "magi", fordi de er stærkere bundet og stabile end deres nukleare naboer. Antallet af protoner eller neutroner i sådanne kerner kaldes magiske tal, og er hjørnesten, hvorpå fysikere bygger deres forståelse af kerner.

Tidligere undersøgelser indikerede, at kerner med nøjagtigt eller tæt på 20 protoner og med 32 neutroner er magi på baggrund af den energi, det kræver at fjerne et par neutroner fra kernen eller at bringe kernen til et højere energiniveau. Imidlertid, målinger af, hvordan (ladnings)radierne af neutronrige kalium- og calciumkerner ændrer sig, når neutroner tilsættes dem, har udfordret denne indikation, fordi de ikke viste et pludseligt relativt fald i radius af kalium-51 og calcium-52, som begge har 32 neutroner. Et sådant fald, i forhold til nukleare naboer med færre neutroner, ville indikere, at 32 er et magisk neutrontal, og at kerner med 32 neutroner er magiske.

Et magisk neutrontal på 32 kunne også afsløres ved en pludselig relativ stigning i radierne af kerner, der har en neutron mere, det er 33 neutroner. Det er præcis, hvad holdet bag det seneste ISOLDE-studie satte sig for at undersøge. Ved at kombinere to teknikker, ISOLDE-forskerne var i stand til at foretage radiusmålinger af neutronrige kaliumkerner og udvide dem til kalium-52, som har 33 neutroner. De to teknikker er en type laserspektroskopi kaldet collinear resonance ionisation spectroscopy (CRIS), som gør det muligt at studere neutronrige kerner med høj præcision, og β-henfaldsdetektion, som involverer påvisning af beta-partikler (elektroner eller positroner), der udsendes fra kernerne.

De nye ISOLDE-målinger viste ingen pludselig relativ stigning i radius af kalium-52, og dermed ingen signatur af "magicitet" ved neutron nummer 32.

Forskerne fortsatte med at modellere dataene med state-of-the-art nukleare teorier, finder ud af, at dataene udfordrer disse teorier. "De bedste kernefysiske modeller på markedet kan ikke gengive dataene på en tilfredsstillende måde, " siger hovedforfatter af papiret Agi Koszorus. "Hvis de får en funktion af dataene rigtigt, de savner fuldstændig resten, " tilføjede co-lead forfatter Xiaofei Yang.

"Denne undersøgelse fremhæver vores begrænsede forståelse af neutronrige kerner, " siger medforfatter Thomas Cocolios. "Jo mere vi studerer disse eksotiske kerner, jo mere indser vi, at modellerne ikke formår at gengive de eksperimentelle resultater. Det er som at have et kort fyldt med motorveje, men så snart du tager en sti fra de motorveje, du kan lige så godt gå på månen for alt, hvad vi ved."

"Dette resultat viser, hvor meget arbejde der er tilbage for os at forstå atomkernen - sandsynligvis fysikkens mindst forståede område, " afslutter Cocolios.