En grupp forskare har använt utrustning som ursprungligen var avsedd för astronomiobservation för att fånga transformationer i atomkärnors kärnstruktur, rapporterar en ny studie i Scientific Reports .
En kärna är uppbyggd av protoner och neutroner. Cirka 270 stabila kärnor finns i naturen, men det här antalet studsar upp till 3 000 om man inkluderar instabila kärnor. Ny forskning om instabila kärnor har avslöjat fenomen som inte observerats i stabila kärnor, inklusive anomalier i energinivåer, försvinnandet av magiska siffror och uppkomsten av nya magiska siffror.
För att studera dessa strukturella förändringar är det viktigt att bestämma tillståndets kvanttillstånd, inre energi, spinn och paritet. Konventionella metoder har begränsats av svårigheten att balansera känslighet och detektionseffektivitet vid analys av elektromagnetiska egenskaper hos övergångar.
Nu har forskare använt sin flerlagers halvledarkamera Compton för att fånga polariseringen av gammastrålar som emitteras från atomkärnor. Detta avslöjar den inre strukturen hos atomkärnorna.
Denna metod minskar avsevärt osäkerheten vid bestämning av spinn och paritet för kvanttillstånd i sällsynta atomkärnor, vilket gör det möjligt att fånga transformationer i kärnstrukturen.
Compton-kameran inkluderar en Cadmium Telluride (CdTe) halvledaravbildningssensor, som ursprungligen designades för astronomiobservation. Den har en hög detekteringseffektivitet och exakt positionsbestämningsnoggrannhet. Forskargruppen använde den här kameran i kärnspektroskopiexperiment för att kontrollera både positionen och intensiteten av gammastrålning från målet på konstgjord väg, vilket möjliggjorde en detaljerad analys av spridningshändelser och realisering av en mycket känslig polarisationsmätning.
Forskarna utnyttjade positionsnoggrannheten hos en bildsensor av pixeltyp och använde acceleratorexperiment vid RIKEN Pelletron-acceleratorn för att utvärdera kamerans prestanda. Protonstrålar riktades mot ett tunt järnfilmsmål, vilket genererade det första exciterade tillståndet av 56Fe-kärnor. De utsända gammastrålarna mättes, vilket avslöjade en toppstruktur.
Teamet lyckades extrahera fördelningen av spridningsazimutvinkeln. Den anmärkningsvärt höga känsligheten för att fånga polariseringen av gammastrålning erhölls med tillförlitlig detektionseffektivitet. Denna prestanda är avgörande för att undersöka strukturen hos sällsynta radioaktiva kärnor.
Denna forskning skulle kunna bana väg för en djupare förståelse av de grundläggande principerna bakom universums bildning och materiens egenskaper, inklusive sönderdelningsprocessen av magiska siffror i exotiska, instabila kärnor.
Forskargruppen inkluderade Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI-Kavli IPMU) professor Tadayuki Takahashi och doktorand (vid tidpunkten för forskning) Yutaka Tsuzuki, tillsammans med RIKEN Cluster for Pioneering Research Ueno Nuclear Spectroscopy Laboratory forskare Shintaro Go och Hideki Ueno, RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science Cosmic Radiation Laboratory Hiroki Yoneda, Kyushu University docent Yuichi Ichikawa och Tokyo City University docent Tatsuki Nishimura.
Mer information: S. Go et al, Demonstration av nukleär gammastrålningspolarimetri baserat på en flerskikts CdTe Compton-kamera, Scientific Reports (2024). DOI:10.1038/s41598-024-52692-2
Journalinformation: Vetenskapliga rapporter
Tillhandahålls av Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, University of Tokyo
