Ein Atomkern nimmt diskrete Energieniveaus an, wenn hinzugefügte Energie diesen Kern anregt. Diese Energieniveaus sind der einzigartige Fingerabdruck des Kerns; keine zwei Kerne haben identische Energiemuster. Für exotische Kerne, die eine unausgeglichene Anzahl von Protonen und Neutronen haben und oft nur für den Bruchteil einer Sekunde existieren, haben Forscher eine Vielzahl von Methoden entwickelt, um die Energien ihrer angeregten Niveaus zu messen.
Forscher fanden kürzlich ungewöhnliche Konzentrationen, die sich bildeten, als ein Strahl von Calcium-38, der sich mit 30 Prozent der Lichtgeschwindigkeit bewegte, mit einem Beryllium-9-Target kollidierte. Die Calcium-38-Kerne verloren bei der Begegnung eine beträchtliche Menge an Energie.
Die Forscher führten die im Calcium-38 gebildeten ungewöhnlichen angeregten Niveaus auf die gleichzeitige Anregung mehrerer Protonen und Neutronen zurück. Die Energien solcher komplexer Zustände sind empfindliche Sonden für die Kerntheorie. Sie sind in Reaktionen, die typischerweise bei hohen Strahlenergien an Teilchenbeschleunigern durchgeführt werden, schwer zu beobachten.
Daher sind solche dissipativen Streureaktionen ein neues Werkzeug im Arsenal von Nuklearforschern, die Kerne untersuchen und modellieren. In Zukunft können Forscher solche Reaktionen nutzen, um ungewöhnliche Energieniveaus in vielen anderen kurzlebigen Kernen zu untersuchen, um die Nukleartheorie zu untersuchen, beispielsweise an der Facility for Rare Isotope Beams.
Die Forscher fanden einen neuen Weg, der zur Bildung komplexer angeregter Zustände in seltenen Isotopen führt. Sie führten das Experiment am National Superconductor Cyclotron Laboratory durch, einem Teilchenbeschleuniger auf Zyklotronbasis an der Michigan State University, der früher als Benutzereinrichtung der National Science Foundation betrieben wurde. Diese angeregten Zustände scheinen die Neuanordnung mehrerer Nukleonen zu beinhalten, die in einer einzigen hochenergetischen Projektil-Target-Kollision gebildet wurden.
Die Energien solcher Zustände sind empfindliche Benchmarks für Schalenmodellrechnungen, die große Modellräume überspannen. Für das seltene Isotop Calcium-38 beobachteten die Forscher die Besetzung solcher Energieniveaus mittels In-Beam-γ-Strahlenspektroskopie mit GRETINA.
Dies folgte nach unelastischer Streuung, bei der der einfallende Calcium-38-Strahl mit einem Beryllium-9-Target mit mehr als 30 Prozent der Lichtgeschwindigkeit wechselwirkte. Der einfallende Calcium-38-Strahl verlor überraschenderweise mehr als 200 Millionen Elektronenvolt an Energie. Diese verräterischen komplexen Strukturzustände waren bisher in den typischen Schnellstrahlexperimenten mit hoher Leuchtkraft ohne einen so hohen Energieverlust unerreichbar. Am häufigsten entziehen sie sich der Beobachtung bei niederenergetischen Reaktionen, die weitaus höhere Strahlintensitäten erfordern.
Diese Arbeit wurde von einer Zusammenarbeit von Experimentatoren und Theoretikern der Michigan State University, der University of Washington in St. Louis, des Argonne National Laboratory und der University of Surrey im Vereinigten Königreich durchgeführt. Die entsprechende Forschung wurde in veröffentlicht Briefe zur körperlichen Überprüfung Und Körperliche Überprüfung C.
Mehr Informationen:
A. Gade et al, Dissipative Reactions with Intermediate-Energy Beams: A Novel Approach to Population Complex-Structure States in Rare Isotopes, Briefe zur körperlichen Überprüfung (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.242501
A. Gade u. Körperliche Überprüfung C (2022). DOI: 10.1103/PhysRevC.106.064303