Forskere udleder overgangsstyrken mellem forskellige nukleare konfigurationer i calcium-40

Fig. 1 Overgangsstyrker mellem spin-0 tilstande for kerner med atommasse under 50. Det grønne punkt viser styrken for overgangen mellem den superdeforme tilstand og grundtilstanden på 40 Ca, som har den mindste værdi. De røde punkter er eksperimentelle værdier, og den stiplede linje er en kurve omvendt proportional med 2/3-potensen af massetallet A, der viser tendensen mellem spin-0-tilstandene med hensyn til massen. Kredit:E. Ideguchi

Forskere fra Research Center for Nuclear Physics ved Osaka University brugte i samarbejde med Australian National University, Japan Atomic Energy Agency, University of Tokyo og GIT AM University målinger fra en calciumfolie bestrålet med protoner til at udlede overgangsstyrken mellem forskellige nukleare konfigurationer i calcium-40. De fandt ud af, at kvanteinterferens gjorde overgangen fra den langstrakte "superdeformerede" tilstand til en normal, sfærisk tilstand meget mindre sandsynlig end forventet. Dette arbejde kan føre til en bedre forståelse af, hvordan grundstoffer dannes i supernovaer.

I kernefysikken kaldes nogle isotoper "magi", fordi de indeholder præcis det rigtige antal protoner eller neutroner til at danne en komplet skal. De første par magiske tal er 2, 8, 20, 28 og 50. Calcium-40, den mest udbredte form for calcium, betragtes som "dobbeltmagi", fordi det har 20 protoner og 20 neutroner i sin kerne. Som et resultat er denne isotop meget stabil. Med magiske kerner kan forskellige former af kernen have meget ens energier, så sameksistens kan forekomme. Dette repræsenterer kvantesuperpositionen af mere end én konformation af protoner og neutroner på samme tid. Imidlertid har henfaldsmekanismen for en kerne i den "superdeformerede" konformation, formet som en aflang rugbybold, til den laveste energisfæriske form været et stort mysterium.

Fig. 2 Skematisk diagram af tre deformerede tilstande, der eksisterer side om side i 40 Ca-kernen og elektron-positronparovergangene. (A) Overgang fra den superdeformerede tilstand til den sfæriske grundtilstand, (B) fra den normale deformerede tilstand til grundtilstanden og (C) fra den superdeformerede tilstand til den normale deformerede tilstand. Kredit:E. Ideguchi

Nu har forskerholdet brugt målinger af elektron- og positronemission fra henfaldsovergange mellem forskellige tilstande af calcium-40-kerner for at klarlægge mekanismen. "Vi observerede beviser på, at henfaldet fra den superdeformerede exciterede tilstand til den sfæriske grundtilstand uventet undertrykkes i en calcium-40-kerne," siger førsteforfatter Eiji Ideguchi. Holdet fandt ud af, at overgangsstyrken mellem disse tilstande er så lille på grund af destruktiv kvanteinterferens mellem sameksisterende formkonfigurationer af lignende energier.

For at indsamle eksperimentelle data blev protoner affyret mod et calciummål, og de resulterende elektroner og positroner udsendt fra exciterede tilstande blev målt. "Dette arbejde uddyber vores forståelse af sameksisterende deformationstilstande, der er unikke for kerner," siger seniorforfatter Tibor Kibédi. Deres undersøgelse vil blive offentliggjort i Physical Review Letters , og denne forskning kan hjælpe videnskabsmænd til bedre at forstå de processer, der giver anledning til de forskellige elementer i universet, såvel som den bemærkelsesværdige stabilitet af magiske kerner.

Fig. 3 Elektron-positron-parspektrometer, Super-e. Den gule linje i figuren viser strålebestrålingen på målet. De elektroner og positroner, der udsendes fra den (røde og grønne linjer), ledes til Si-detektoren, der er placeret nedstrøms. Kredit:T. Kibédi

+ Udforsk yderligere

Kaliumkernen mister noget af sin magi

Sidste artikelPerfekt bredbåndsabsorbersystem til lysabsorption

Næste artikelDynamisk ringresonator tilbyder nye muligheder inden for syntetisk frekvensdimension