Все химические элементы образовались в процессе эволюции Вселенной с преобладанием легких атомных ядер. Поэтому свойства этих ядер имеют решающее значение не только в астрофизике, но и в нашей повседневной жизни. Наши знания о легких атомных ядрах расширились благодаря проведенным в Кракове ускорительным исследованиям специфических возбужденных состояний ядер углерода-13.
Точное наблюдение явлений, происходящих в атомных ядрах, особенно в состояниях высоких энергий, представляет собой очень трудную задачу как с технической, так и с теоретической точек зрения. Однако существуют различные типы высоких возбуждений атомных ядер, которые можно наблюдать и интерпретировать с высокой точностью благодаря их особому строению.
Группа физиков из Польши, Италии, Франции, Бельгии, Нидерландов, Германии и Румынии провела серию измерений таких состояний в Циклотронном Броновицком центре в Кракове, коллимируя пучок протонов из ускорителя на мишени из углерода-13. Исследователи сообщают о результатах в статье, опубликованной в Буквы по физике б.
«Наши недавние результаты относятся к особому типу возбуждения ядра атома углерода-13. Эти возбуждения, известные как «расширенные» резонансы, представляют интерес для физиков, особенно астрофизиков, по многим причинам. Результат текущего успешного эксперимента будет быть серией дополнительных измерений, направленных на расширение Наших знаний о свойствах атомных ядер других оптических изотопов», — говорит профессор Богдан Форнал, работающий вместе с профессором Сильвией Леони из Миланского исследовательского университета и INFN Sezione di Milano в Италии, который предложил эту тему исследования.
Очень трудно наблюдать за поведением атомных ядер, возбужденных при высоких энергиях, потому что частицы, из которых состоят ядра, вступают в сложные взаимодействия с участием целых трех из четырех типов сил, существующих в природе: сильных, слабых и электромагнитных.
В связи с этим одним из основных преимуществ расширенных энергетических состояний легких атомных ядер является относительная простота их теоретического описания, позволяющая строить модели, уточняющие результаты измерений. Отличное соответствие между теорией и опытом свидетельствует о том, что знания, полученные в результате наблюдений за протяженными ядерными состояниями, следует считать надежными.
«Ядро в энергетическом состоянии, называемом расширением, можно представить как систему, в которой под влиянием столкновения протонов извне только один протон или нейтрон из ядра преодолевает энергетическую щель и переходит в энергетическое состояние в так — так называемая энергетическая цепь», — объясняет д-р Наталья Сибелица-Ореньяк (IFJ PAN).
«В континууме различные энергетические состояния ядра могут перекрываться, что радикально затрудняет описание и понимание происходящих явлений, а тем самым и интерпретацию данных экспериментов. Таким образом, расширенные состояния очень важны, поскольку на энергетической лестнице энергетических оболочек в атомном ядре, они являются одним из самых высоких мест, где еще можно делать относительно простые, но точные наблюдения».
В описанном здесь эксперименте для ускорения протонов использовался циклотрон Proteus C-235 в Кракове. Его испускаемый луч фокусировался на углеродных мишенях, установленных в Национальном институте ядерной физики и техники в Бухаресте. Протоны, испускаемые при столкновении пучка с мишенью, регистрировались с помощью измерительной системы KRATTA, состоящей из шести массивов телескопических детекторов.
Детекторы были расположены концентрически вокруг оси пучка протонов, так что они регистрировали в основном протоны, испускаемые под углом луча 36°. Это связано с тем, что теоретические анализы показали, что вблизи этого угла должна быть видна максимальная эмиссия рассеянных протонов, связанных с расширенными состояниями углерода 13.
Кроме того, гамма-кванты и заряженные частицы, испускаемые при распаде исследуемого резонанса, были зарегистрированы с помощью других 23 детекторных систем, включая современную систему регистрации PARIS и детектор частиц DSSSD.
Благодаря измерениям на краковском циклотроне удалось установить, что ядро углерода-13 изучаемого расширенного состояния распадается по двум первичным каналам. В часто встречающемся канале ядро испускает протон и превращается в возбужденный бор-12, который затем испускает гамма-квант. Во втором канале образуется углерод 12, сопровождающийся испусканием нейтрона (который, однако, не был зарегистрирован в эксперименте) и гамма-кванта.
Учитывая важность исследования для понимания различных ядерных процессов, серия экспериментов будет продолжена в Циклотронном Броновицком центре Международной федерации журналистов (PAN). атомные ядра Азот-14 и углерод-12 теперь будут представлять интерес для физиков. В ближайшем будущем также будет предпринята попытка найти протяженные ядерные состояния в боре-11, существование которых пока четко не задокументировано.
Дополнительная информация:
Н. Цеплицка-Оринчак и др., Расширенный резонансный распад 21,47 МэВ при 13 ° C: микрозонд для описания открытой ядерной квантовой системы, Буквы по физике Б (2022). DOI: 10.1016 / j.physletb.2022.137398
Предоставлено Институтом ядерной физики ПАН
цитата: «Растянутые» ядерные состояния под увеличительным стеклом Краковского циклотрона (2022, 3 ноября). Получено 3 ноября 2022 г. с https://phys.org/news/2022-11-nuclear-states-magnifying-glass-krakow .html
Этот документ защищен авторским правом. Несмотря на любые добросовестные отношения с целью частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.
«Главный евангелист пива. Первопроходец в области кофе на протяжении всей жизни. Сертифицированный защитник Твиттера. Интернетоголик. Практикующий путешественник».
More Stories
Пациенты вскоре смогут доверять искусственному интеллекту больше, чем людям
Ученые обнаружили, что пустынные водоросли «могут выжить на Марсе» | Марс
Является ли йога секретом укрепления памяти и обучения?