Naujas JAV Energetikos departamento (DOE) Argonne nacionalinės laboratorijos aparatas atliko itin tikslius nestabilių rutenio branduolių matavimus. Matavimai yra svarbus branduolinės fizikos etapas, nes jie labai sutampa su sudėtingų branduolinių modelių prognozėmis.
„Teoriniams modeliams labai sunku numatyti sudėtingų, nestabilių branduolių savybes“, – sakė Argonne fiziko padėjėjas ir tyrimo pagrindinis autorius Bernhardas Maassas. "Mes parodėme, kad pažangių modelių klasė gali tai padaryti tiksliai. Mūsų rezultatai padeda patvirtinti modelius."
Modelių patvirtinimas gali sustiprinti pasitikėjimą jų prognozėmis apie astrofizinius procesus. Tai apima žvaigždžių formavimąsi, evoliuciją ir sprogimus, kai sukuriami elementai.
Tyrimas buvo paskelbtas mFizinės apžvalgos laiškai.
Poreikis patvirtinti teorinius modelius
Branduoliniai fizikai kuria pažangesnius teorinius modelius, kad tiksliai prognozuotų nestabilių atomų branduolių, turinčių sudėtingą struktūrą, formą ir jėgas, savybes. Tokie modeliai gali pagilinti mūsų supratimą apie vidinį atominių branduolių veikimą.
Tačiau labai svarbu parodyti šių modelių tikslumą, kad jie galėtų būti naudojami mokslo riboms. Tam reikia atlikti sudėtingą užduotį – surinkti tikslius, realius sudėtingų branduolių{1}}pasaulio matavimus ir palyginti matavimus su modelių prognozėmis.
Rutenis yra idealus elementas pažangiems teoriniams modeliams patvirtinti. Šiame retame metale yra to paties elemento izotopų-atomų su skirtingu neutronų skaičiumi ir skirtingu stabilumu,{2}}kurie žinomi sudėtingų struktūrų ir formų branduoliai. Yra keletas nestabilių radioaktyvių rutenio izotopų, kurie, kaip manoma, turi triašę formą, panašią į migdolų ar kavos pupelių formą.
Rutenio savybių matavimas
Tyrimo grupė naudojo Argonne Tandem Hall Laser Beamline atomų ir jonų spektroskopijos (ATLANTIS) aparatą, kad išmatuotų devynis radioaktyvius rutenio izotopus. Šis naujas įrenginys buvo įdiegtas Argonne Tandem Linac Accelerator System (ATLAS).
ATLAS yra DOE naudotojo įrenginys Argonne su superlaidžiu linijiniu greitintuvu, skirtu branduolių savybėms tirti.
Mokslininkai gavo prieigą prie radioaktyviųjų rutenio izotopų iš kito ATLAS instrumento - Kalifornijos retų izotopų veisėjo atnaujinimo (CARIBU). CARIBU gali tiekti radioaktyvų rutenį, dalydamas nedidelį kiekį kalifornio{1}}reto, labai radioaktyvaus elemento.
„Rutenio izotopai, kuriuos mes tyrinėjome, trunka tik sekundę, kol suyra į kitus elementus“, - sakė Maass. "ATLANTIS atlieka techniką, vadinamą kolinearine lazerine spektroskopija. Tai leidžia mums surinkti labai mažo šių izotopų kiekio matavimus per mažiau nei sekundę."
Naudodami ATLANTIS, tyrėjai nukreipė lazerio spindulį tuo pačiu keliu kaip rutenio atomų pluoštas. Tam tikrais lazerio dažniais atomai buvo sužadinti ir pradėjo fluorescuoti, o tai rodo, kad buvo išspinduliuojami šviesos fotonai. Komanda nustatė lazerio dažnius, kuriais fotonų emisija pasiekė aukščiausią tašką. Šis procesas buvo pakartotas devyniems rutenio izotopams. Kiekvieno izotopo emisijos smailė pasislinko į šiek tiek skirtingą dažnį.
"Mes galime naudoti šį izotopų poslinkį, kad gautume izotopų branduolinių dydžių skirtumus", - sakė Maass.
Komanda palygino šiuos dydžio pokyčius su Briuselio -Skyrme-spėjimais apie-a-Grid (BSkG) modelius, kurie yra vieni pažangiausių pasaulyje branduolinės struktūros srityje. Skirtingai nuo senesnių, tradicinių branduolinių modelių, jie atspindi specifines jėgas ir sąveiką tarp visų branduolyje esančių neutronų ir protonų.
Tyrėjai nustatė puikų suderinimą tarp jų rezultatų ir BSkG modelių prognozių, nurodydami modelių tvirtumą.
Pažymėtina, kad bandydama atlikti tikslius matavimus, komanda taip pat patobulino kolinearinės lazerinės spektroskopijos technologiją. Konkrečiai, jie sukūrė ir įdiegė veiksmingus naujus metodus, kurie neutralizuoja atomo spindulį ir „sujungia“ jį į impulsus.
Atraskite naujausias mokslo, technologijų ir kosmoso naujienas100 000 prenumeratoriųkurie pasikliauja Phys.org kasdienėmis įžvalgomis. Prisiregistruokite gauti nemokamą informacinį biuletenį ir gaukite naujienas apie svarbius laimėjimus, naujoves ir tyrimus-kasdien arba kas savaitę.
Prenumeruoti
Pasekmės astrofizikai
Tyrimas parodė, kad BSkG modeliai gali nepaprastai tiksliai numatyti nestabilius triašius branduolius. Tokie galingi modeliai gali padėti astrofizikams išsiaiškinti, kaip veikia visata.
„Astrofizikai žino, kad nestabilūs, radioaktyvūs branduoliai vaidina svarbų vaidmenį formuojantis žvaigždžių ir elementų visatoje, – sakė Maass.
"Kad geriau suprastume mūsų visatą, turime žinoti, kaip yra sudaryta branduolių struktūra ir kaip jie sąveikauja. Turime sugebėti numatyti egzotiškų branduolių savybes, kurių negalima pagaminti šiuolaikiniuose dalelių greitintuvuose."
Trys tyrimo autoriai sukūrė BSkG modelius: Wouter Ryssens ir Guilherme Grams, abu iš Université libre de Bruxelles Belgijoje, ir Michaelas Benderis iš Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon Prancūzijoje.
Be Maasso, Ryssenso, Gramso ir Benderio, ATLANTIS eksperimentai ir konstravimas buvo atliktas bendradarbiaujant mokslininkams iš Argonne (Daniel Burdette, Jason Clark, Peter Mueller, Daniel Santiago{0}}Gonzalez, Guy Savard ir Be Adrian Valverde), Darmstadt technikos universiteto Raamsre Isotcope State universitete Vokietijoje.
Bendradarbiaujančioms institucijoms ATLANTIS gali atlikti kolinearinius lazerinius spektroskopinius matavimus įvairiems tyrimų poreikiams tenkinti. Norėdami ištirti bendradarbiavimo galimybes, susisiekite su Maass.
