Polska forskare som arbetar i Polen, Frankrike och USA förklarade det mystiska β-fördröjda protonsönderfallet i neutronhalogens grundtillstånd ¹¹ Vara. Studier inom SMEC-modellen tyder på förekomsten av kollektiv resonans, bär på många egenskaper hos en närliggande protonsönderfallskanal, vilket förklarar detta förbryllande förfall. Det hävdades att uppkomsten av sådana nära-tröskelresonanta tillstånd är ett generiskt fenomen i alla öppna kvantsystem, där bundna och obundna tillstånd blandas starkt.

Kärnklustring är ett av de mest förbryllande fenomenen inom subatomär fysik. Många exempel på sådana strukturer inkluderar grundtillståndet för ¹¹ Li kärna med en halo av två neutroner eller den berömda Hoyle-resonansen vid ¹² C, som spelar en viktig roll i syntesen av tyngre grundämnen i stjärnor. Smala resonanser nära tröskeln är grundläggande i astrofysiska förhållanden, där de flesta reaktioner sker vid mycket låga energier. För dessa stater, partikelutsläppskanaler kan effektivt konkurrera med andra typer av sönderfall, såsom fotonemissioner. Den utbredda närvaron av smala resonanser nära partikelemissionströskeln antyder att detta är ett universellt fenomen i öppna kvantsystem där bundna och obundna tillstånd blandas starkt, vilket resulterar i uppkomsten av ett kollektivt tillstånd med egenskaperna hos en närliggande förfallskanal.

I en nyligen publicerad tidning i Fysiska granskningsbrev , fysiker från IFJ PAN i Krakow (Polen), GANIL i Caen (Frankrike) och FRIB Facility (USA) gav en förklaring till protonemissionen försenad av ß-sönderfall från det svagt bundna grundtillståndet i ¹¹ Var kärna. I det första skedet av denna gåtfulla, tvåstegsprocess, neutronen i grundtillståndet av ¹¹ Vara med halostrukturen sönderfaller till elektron, anti-neutrino och proton, orsakar omvandlingen av ¹¹ Var grundtillstånd in i resonansen i ¹¹ B. I det andra steget, en proton emitteras från denna resonans (se bifogat diagram) till ¹⁰ Var statlig. Möjligheten för en sådan halo-sönderfallsprocess i ¹¹ Be har förklarats av förekomsten av resonans i ¹¹ B med 1/2+ totalt rörelsemängd och paritet, som liknar många funktioner i en närliggande protonemissionskanal. Närheten till proton- och tritiumutsläpp trösklar in ¹¹ B föreslår att denna resonans också kan innehålla en blandning av tritiumklusterkonfigurationen.

"Studien genomfördes baserad på skalmodellen inbäddad i kontinuumet (SMEC). Måttet på statlig kollektivisering nära tröskeln för partikelutsläpp (nukleon, deuteron, α partikel, etc.) är korrelationsenergin, som beräknas för varje egentillstånd hos SMEC. Konkurrerande effekter bestämmer excitationsenergin vid maximal kollektivisering:koppling till sönderfallskanaler och Coulomb och centrifugalbarriärer. För högre rörelsemängdsvärden (L> 1) och/eller för koppling till den laddade partikelutsläppskanalen, korrelationsenergiextremumet ligger över tröskelenergin för denna kanal, " förklarar Prof. Jacek Okolowicz från Institutet för kärnfysik vid den polska vetenskapsakademin.

I det senaste experimentella arbetet av gruppen vid Michigan State University, protonemission observerades i ¹¹ B från ett tillstånd med en total rörelsemängd på 1/2+ eller 3/2+, energin på 11,425(20) MeV och en bredd på 12(5) keV, som befolkas i ß- förfall av ¹¹ Var marktillstånd. Resonansen kl ¹¹ B som föreslås i detta experiment är 197(20) keV över tröskelvärdet för protonemission och 29(20) keV under tröskeln för neutronemission.

Teoretiska studier som använder SMEC-modellen inkluderar den effektiva nukleon-nukleon-interaktionen i diskreta tillstånd av skalmodellen, och Wigner-Bartlett-interaktionen som beskriver kopplingen mellan nukleoner i diskreta bundna tillstånd och kontinuumtillstånd. Beräkningarna gjordes för Jπ =1/2+ och 3/2+ tillstånden i ¹¹ B för att bestämma det mest sannolika vinkelmomentet för den föreslagna resonansen. Skalmodellstillstånden blandas via koppling med en proton och neutronreaktionskanaler. Kollektivisering av vågfunktionen hittades endast för det tredje exciterade 1/2+ tillståndet, för vilken den maximala korrelationsenergin ligger 142 keV över protonemissionströskeln. Därav, man drog slutsatsen att resonansen i ¹¹ B, förmedlar i grundtillståndets förfall ¹¹ Vara, måste ha en total rörelsemängd och paritet Jπ =1/2+.

Den smala 5/2+ resonansen vid 11.600(20) MeV, som ligger något över neutronemissionströskeln och bryts ner av neutronen eller α-partikeln, har en betydande effekt på värdet av ¹⁰ B neutroninfångningstvärsnitt. Detta enorma tvärsnitt antyder att 5/2+ resonansvågsfunktionen är kraftigt modifierad genom koppling till en närliggande neutronemissionskanal. Verkligen, i SMEC-modellberäkningarna, det finns ett sjätte 5/2+ tillstånd nära neutronemissionströskeln, som starkt kopplar i L=2 partialvågen till kanalen [10B(3+) + n]5/2+. Den teoretiskt bestämda maximala kollektiviseringen för detta tillstånd är 113 keV över neutronemissionströskeln och nära den experimentella energin för 5/2+-tillståndet.

"Vi undersökte det förbryllande fallet med β-p+ sönderfall av ¹¹ Var med en neutronhalo. Analyser utförda inom SMEC-modellen bekräftar förekomsten av kollektiv resonans i ¹¹ B nära protonemissionströskeln och gynnar tilldelning av Jπ =1/2+ kvanttal. Vågfunktionen för denna resonans liknar en närliggande protonemissionskanal. Det betyder att i denna process kan β-sönderfall tolkas som kvasifritt sönderfall av en neutron från ¹¹ Var gloria till resonans i ¹¹ B, där en enda proton är kopplad till ¹⁰ Var kärna. Likheten mellan Jπ =1/2+ resonans till kanalen [ ¹⁰ Be + p] förklarar också den stora spektroskopiska faktorn för protonsönderfall och den mycket lilla partiella bredden av α-sönderfallet i detta tillstånd. Dock, egenskaperna för det närliggande Jπ =3/2+ tillståndet, som huvudsakligen sönderfaller genom emission av α-partikeln, kan förklaras av det fjärde 3/2+-tillståndet i SMEC-modellen. Detta tillstånd kopplar dåligt till emissionskanalerna för en neutron eller proton. Över neutronemissionströskeln [ ¹⁰ B + n] är en 5/2+ resonans, vilket är avgörande för ¹⁰ B neutroninfångning. Vågfunktionen för det sjätte 5/2+-tillståndet i SMEC-modellen visar mycket stark kollektivisering nära tröskeln för neutronemission, vilket är förklaringen till det enorma observerade tvärsnittet för neutroninfångning av ¹⁰ B, " säger professor Okolowicz.

Anledningen till uppkomsten av en kollektiv proton (neutron) resonans runt proton (neutron) emissionströskeln är L=0 (L=2) kopplingen med proton (neutron) spridningstillståndsrymden. I detta avseende de ¹¹ B fall följer andra fantastiska exempel på tröskeltillstånd i ¹² C, ¹¹ Li, eller ¹⁵ F. I framtiden, experimentella studier av ¹⁰ Var(p, p) ¹⁰ En reaktion kommer att behövas för att förstå arten av protonresonans vid 11.425 MeV. För att bättre ta reda på arten av neutronreaktionskanalen och närliggande neutronresonanser, ¹⁰ B(d, p) ¹¹ Reaktioner måste undersökas. Förutom, en omfattande experimentell och teoretisk analys kommer att krävas för att bestämma förgreningsförhållandet för β-p+-kanalen, eftersom det för närvarande föreslagna experimentella värdet är större med en faktor 2 än SMEC-modellens förutsägelser. Framtida teoretiska studier bör också förklara effekten av L=0 virtuellt neutrontillstånd på reaktionskanalen [ ¹⁰ B + n].