Fig. 1 Övergångsstyrkor mellan spin-0-tillstånd för kärnor med atommassa under 50. Den gröna punkten visar styrkan för övergången mellan det superdeformerade tillståndet och grundtillståndet på 40 Ca, som har det minsta värdet. De röda punkterna är experimentella värden, och den streckade linjen är en kurva som är omvänt proportionell mot 2/3-potensen av masstalet A, som visar trenden mellan spin-0-tillstånden med avseende på massan. Kredit:E. Ideguchi
Forskare från Research Center for Nuclear Physics vid Osaka University, i samarbete med Australian National University, Japan Atomic Energy Agency, University of Tokyo och GIT AM University, använde mätningar från en kalciumfolie bestrålad med protoner för att sluta sig till övergångsstyrkan mellan olika nukleära konfigurationer i kalcium-40. De fann att kvantinterferens gjorde övergången från det långsträckta "superdeformerade" tillståndet till ett normalt, sfäriskt tillstånd mycket mindre sannolikt än förväntat. Detta arbete kan leda till en bättre förståelse av hur grundämnen bildas i supernovor.
Inom kärnfysiken kallas vissa isotoper för "magi" eftersom de innehåller exakt rätt antal protoner eller neutroner för att bilda ett komplett skal. De första magiska siffrorna är 2, 8, 20, 28 och 50. Kalcium-40, den vanligaste formen av kalcium, anses vara "dubbelmagisk" eftersom den har 20 protoner och 20 neutroner i sin kärna. Som ett resultat är denna isotop mycket stabil. Med magiska kärnor kan olika former av kärnan ha mycket liknande energier, så att samexistens kan uppstå. Detta representerar kvantöverlagringen av mer än en konformation av protoner och neutroner samtidigt. Emellertid har sönderfallsmekanismen hos en kärna i den "superdeformerade" konformationen, formad som en långsträckt rugbyboll, till den sfäriska formen med lägst energi varit ett stort mysterium.
Fig. 2 Schematiskt diagram över tre deformerade tillstånd som samexisterar i 40 Ca-kärnan och elektron-positronparövergångar. (A) Övergång från det superdeformerade tillståndet till det sfäriska grundtillståndet, (B) från det normala deformerade tillståndet till grundtillståndet och (C) från det överdeformerade tillståndet till det normala deformerade tillståndet. Kredit:E. Ideguchi
Nu har teamet av forskare använt mätningar av elektron- och positronemission från sönderfallsövergångar mellan olika tillstånd av kalcium-40 kärnor för att klargöra mekanismen. "Vi observerade bevis på att sönderfallet från det superdeformerade exciterade tillståndet till det sfäriska grundtillståndet oväntat undertrycks i en kalcium-40 kärna", säger första författaren Eiji Ideguchi. Teamet fann att övergångsstyrkan mellan dessa tillstånd är så liten på grund av destruktiv kvantinterferens mellan samexisterande formkonfigurationer med liknande energier.
För att samla in experimentella data avfyrades protoner mot ett kalciummål, och de resulterande elektronerna och positronerna som emitterades från exciterade tillstånd mättes. "Detta arbete fördjupar vår förståelse av samexisterande deformationstillstånd som är unika för kärnor", säger seniorförfattaren Tibor Kibédi. Deras studie kommer att publiceras i Physical Review Letters , och denna forskning kan hjälpa forskare att bättre förstå de processer som ger upphov till de olika elementen i universum, såväl som den anmärkningsvärda stabiliteten hos magiska kärnor.
Fig. 3 Elektron-positronparspektrometer, Super-e. Den gula linjen i figuren visar strålinstrålningen på målet. Elektronerna och positronerna som emitteras från den (röda och gröna linjer) leds till Si-detektorn nedströms. Kredit:T. Kibédi
