Forskare från Institute of Modern Physics (IMP) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS), tillsammans med deras medarbetare, har nyligen upptäckt en struktur av molekylär typ i grundtillståndet för atomkärnor. Studien publicerades i Physical Review Letters .
Atomkärnan, ett kvantsystem med många kroppar som består av protoner och neutroner, är otroligt liten (endast ungefär en tiotusendel av en atoms storlek), men den rymmer mer än 99,9% av en atoms totala massa. Interaktioner mellan nukleoner skapar olika spännande kärnstrukturer, allt från sfäriska till deformerade kärnor och till och med neutronhalos med gles ytdensitet. Uppkomsten av klusterstrukturer inom dessa formationer är ett fängslande fenomen.
Klusterstrukturer ses sällan i atomkärnors grundtillstånd. Diskussioner om grundtillståndsklusterstrukturer kan spåras tillbaka till 1938 när teoretiska fysiker, genom analys av bindningsenergier i α-konjugatkärnor, föreslog den möjliga existensen av α-molekylliknande klusterstrukturer i grundtillstånden för kärnor som beryllium -8, kol-12 och syre-16. Men på grund av populariteten för den klassiska skalmodellens enkelpartikelbeskrivning förblev denna teoretiska hypotes obekräftad.
Med hjälp av en ny experimentell metod som involverar den omvända kinematiska knockout-reaktionen har forskare från IMP och deras medarbetare validerat närvaron av en struktur av molekylär typ i grundtillståndet för beryllium-10, en neutronrik kärna.
Experimentet utfördes på Radioactive Isotope Beam Factory (RIBF) vid RIKEN Nishina Center i Japan. I experimentet bombarderade en sekundär stråle av beryllium-10, som färdades med halva ljusets hastighet, ett 2 millimeter tjockt fast vätemål. α-klustren bundna inom beryllium-10 kärnor slogs ut av protoner – med nästan ingen rörelsemängd överförd till den kvarvarande kärnan – vilket bevarar information om klusterstrukturen i grundtillståndet för beryllium-10.
De experimentella resultaten visade en anmärkningsvärd överensstämmelse mellan de experimentella tvärsnitten av knockout-reaktioner och teoretiska förutsägelser under mikroskopiska modeller. Denna verifiering stöder den långvariga hypotesen om molekylärtillståndsstrukturen i beryllium-10:s grundtillstånd, vilket tyder på bildandet av en a–α hantelformad kärna med två valensneutroner som roterar vinkelrätt mot kärnaxeln.
"Liknande strukturer kan hittas på atomär skala, men de är exceptionellt sällsynta i grundtillståndet för atomkärnor", säger Dr. Li Pengjie från IMP, första författare till uppsatsen.
Denna studie ger det första experimentella beviset för den teoretiska beskrivningen av molekylärtillståndsstrukturer i atomkärnors grundtillstånd och banar väg för ytterligare utforskning av utvecklingen av α-klusterstrukturer i neutronrika kärngrundtillstånd.
Mer information: P. J. Li et al, Validering av Be10-grundtillståndsmolekylstrukturen med hjälp av Be10(p,pα)He6 Triple Differential Reaction Tvärsnittsmätningar, Physical Review Letters (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.212501
Journalinformation: Fysiska granskningsbrev
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
