Nový prístroj v národnom laboratóriu Argonne National Laboratory Ministerstva energetiky USA (DOE) vykonal mimoriadne presné merania nestabilných jadier ruténia. Merania sú významným míľnikom v jadrovej fyzike, pretože sa veľmi zhodujú s predpoveďami sofistikovaných jadrových modelov.
"Pre teoretické modely je veľmi ťažké predpovedať vlastnosti zložitých, nestabilných jadier," povedal Bernhard Maass, asistent fyzika v Argonne a hlavný autor štúdie. "Preukázali sme, že trieda pokročilých modelov to dokáže presne. Naše výsledky pomáhajú overiť modely."
Overenie modelov môže vybudovať dôveru v ich predpovede o astrofyzikálnych procesoch. Medzi ne patrí vznik, vývoj a výbuchy hviezd, kde vznikajú prvky.
Štúdia bola publikovaná v rFyzické prehľadové listy.
Potreba overiť teoretické modely
Jadroví fyzici vyvíjajú pokročilejšie teoretické modely na presné predpovedanie vlastností nestabilných atómových jadier s komplikovanými štruktúrami, tvarmi a silami. Takéto modely majú potenciál prehĺbiť naše chápanie vnútorného fungovania atómových jadier.
Je však nevyhnutné preukázať presnosť týchto modelov predtým, ako ich možno použiť na posunutie hraníc vedy. To si vyžaduje náročnú úlohu zhromaždiť presné, skutočné{1}}merania komplexných jadier a porovnať merania s predpoveďami modelov.
Ruténium je ideálny prvok na overenie pokročilých teoretických modelov. Tento vzácny kov má izotopy-atómov toho istého prvku s rôznym počtom neutrónov a rôznou stabilitou-, o ktorých je známe, že majú jadrá so zložitými štruktúrami a tvarmi. Existuje séria nestabilných, rádioaktívnych izotopov ruténia, o ktorých sa predpokladá, že majú trojosový tvar, podobný mandlovým alebo kávovým zrnám.
Meranie vlastností ruténia
Výskumný tím použil prístroj Argonne Tandem Hall Laser Beamline pre atómovú a iónovú spektroskopiu (ATLANTIS) na meranie deviatich rádioaktívnych izotopov ruténia. Toto nové zariadenie bolo nainštalované v Argonne Tandem Linac Accelerator System (ATLAS).
ATLAS je užívateľské zariadenie DOE v Argonne so supravodivým lineárnym urýchľovačom určeným na štúdium vlastností jadier.
Výskumníci získali prístup k rádioaktívnym izotopom ruténia z iného nástroja ATLAS, Californium Rare Isotope Breeder Upgrade (CARIBU). CARIBU môže dodávať rádioaktívne ruténium prostredníctvom štiepenia malého množstva kalifornia-, vzácneho, vysoko rádioaktívneho prvku.
"Izotopy ruténia, ktoré sme študovali, vydržia len sekundu, kým sa rozložia na iné prvky," povedal Maass. "ATLANTIS vykonáva techniku nazývanú kolineárna laserová spektroskopia. Umožňuje nám zbierať merania na veľmi malých množstvách týchto izotopov za menej ako sekundu."
Pomocou ATLANTIS výskumníci nasmerovali laserový lúč pozdĺž rovnakej dráhy ako lúč atómov ruténia. Pri určitých laserových frekvenciách boli atómy excitované a začali fluoreskovať, čo naznačuje, že boli emitované svetelné fotóny. Tím identifikoval laserové frekvencie, pri ktorých emisie fotónov vrcholili. Tento proces sa opakoval pre deväť izotopov ruténia. Pre každý izotop sa emisný vrchol posunul na mierne odlišnú frekvenciu.
"Tento izotopový posun môžeme použiť na odvodenie rozdielov vo veľkostiach jadier izotopov," povedal Maass.
Tím porovnal tieto zmeny veľkosti s predpoveďami z Bruselu-Skyrme-na modeloch-a{3}}mriežky (BSkG), ktoré patria medzi najpokročilejšie na svete pre jadrovú štruktúru. Na rozdiel od starších tradičných jadrových modelov zodpovedajú za špecifické sily a interakcie medzi všetkými neutrónmi a protónmi v jadre.
Výskumníci našli vynikajúcu zhodu medzi svojimi výsledkami a predpoveďami z modelov BSkG, čo poukazuje na robustnosť modelov.
Najmä v snahe umožniť presné merania tím tiež vylepšil technológiu kolineárnej laserovej spektroskopie. Konkrétne vyvinuli a implementovali účinné nové techniky, ktoré neutralizujú atómový lúč a „zhlukujú“ ho do impulzov.
Objavte najnovšie poznatky z oblasti vedy, techniky a vesmíru100 000 predplatiteľovktorí sa spoliehajú na Phys.org pri každodenných prehľadoch. Prihláste sa na odber nášho bezplatného bulletinu a získajte aktualizácie o objavoch, inováciách a výskumoch, na ktorých záleží-denne alebo týždenne.
Prihlásiť sa na odber
Dôsledky pre astrofyziku
Štúdia ukázala, že modely BSkG dokážu predpovedať nestabilné triaxiálne jadrá s pozoruhodnou presnosťou. Takéto výkonné modely môžu astrofyzikom pomôcť objasniť, ako vesmír funguje.
"Astrofyzici vedia, že nestabilné, rádioaktívne jadrá hrajú dôležitú úlohu pri formovaní hviezd a prvkov vo vesmíre," povedal Maass.
"Aby sme lepšie porozumeli nášmu vesmíru, musíme vedieť, ako sú jadrá štruktúrované a ako interagujú. Musíme byť schopní predpovedať vlastnosti exotických jadier, ktoré sa nedajú vyrobiť v moderných urýchľovačoch častíc."
Traja autori štúdie vyvinuli modely BSkG: Wouter Ryssens a Guilherme Grams, obaja z Université libre de Bruxelles v Belgicku, a Michael Bender z Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon vo Francúzsku.
Okrem Maass, Ryssens, Grams a Bender boli experimenty a konštrukcia ATLANTIS spoluprácou výskumníkov z Argonne (Daniel Burdette, Jason Clark, Peter Mueller, Daniel Santiago{0}}Gonzalez, Guy Savard a Adrian Valverde), Technickej univerzity v Darmstadte v Nemecku a Facility for Rare Isotope Isotope State University Michiope
ATLANTIS je k dispozícii pre spolupracujúce inštitúcie na vykonávanie meraní kolineárnou laserovou spektroskopiou pre rôzne výskumné potreby. Ak chcete preskúmať možnosti spolupráce, kontaktujte spoločnosť Maass.
