Michigan State University-forskare har för första gången mätt kärnorna i tre protonrika kalciumisotoper, enligt en ny artikel publicerad i Naturfysik .

En av kärnans mest grundläggande egenskaper är dess storlek. Kärnradien ökar i allmänhet med antalet proton- och neutronbeståndsdelar. Dock, vid noggrann undersökning, radierna varierar på unika sätt, som återspeglar det intrikata beteendet hos protoner och neutroner inuti kärnan.

Av särskilt intresse är variationen av laddningsradierna för kalciumisotoper. De uppvisar ett märkligt beteende med kalcium-48 med nästan samma radie som kalcium-40, ett lokalt maximum vid kalcium-44, ett distinkt udda-jämnt sicksackmönster, och en mycket stor radie för kalcium-52. Även om mönstret delvis har förklarats (grå linje i figuren), många befintliga teorier kämpar för att förklara detta beteende. Under den lättaste stabila kalcium-40-isotopen, laddningsradien har varit känd endast för kalcium-39, på grund av svårigheten att producera protonrika kalciumkärnor.

Radien för en kalciumkärna är liten, cirka 0,0000000000000035 meter (eller 3,5 femtometer), och den lokala variationen är fortfarande 200 gånger mindre. Dessutom, de protonrika kalciumisotoperna är ganska kortlivade. Till exempel, kalcium-36 existerar bara en tiondel av en sekund. De små förändringarna i laddningsradier för mycket kortlivade isotoper kan mätas med laserspektroskopitekniken som utvecklats vid BEam COoler och LAser spektroskopi, BECOLA, anläggning vid National Superconducting Cyclotron Laboratory vid Michigan State University.

Forskningen, ledd av Andrew Miller, NSCL -assistent, mätt för första gången (röda rutor i figur) laddningsradierna för tre protonrika kalciumisotoper (med massnummer A =36, 37, 38). Dessa befanns vara mycket mindre än tidigare teoretiska förutsägelser och presenterar ett nytt pussel. Dock, en förbättrad teoretisk modell med fokus på dessa nuvarande data återger anmärkningsvärt den allmänna trenden med radier från kalcium-36 hela vägen till kalcium-52 (blå linje i figur). Denna framgång kan tillskrivas en bättre förståelse av de säregna sätten på vilka protoner interagerar med varandra på stora avstånd utanför ytan av en protonrik kalciumkärna. Den förbättrade förståelsen av laddningsradier kommer att påverka den vidare utvecklingen av en global modell av atomkärnan.

Laserspektroskopi -experimentet på BECOLA och den förbättrade kärnmodellen kommer att spela en ännu viktigare roll vid bestämning och tolkning av radier av kärnor vid Facility for Rare Isotope Beams som för närvarande är under uppbyggnad vid MSU, som ger oöverträffad tillgång till nya sällsynta isotoper.