Im Rahmen einer Studie wurde der Ladungswechsel-Reaktionsquerschnitt von 24 leichten Kernen auf Kohlenstoff- und Wasserstofftargets am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Deutschland systematisch gemessen.
Das Team kam zu dem Schluss, dass die Messung der Ladungsänderungsreaktion neben dem direkten Protonenentfernungsprozess, der im Rahmen des Glauber-Modells beschrieben werden kann, einen zusätzlichen Beitrag des Protonenverdampfungsprozesses enthalten sollte. Die Ergebnisse erklären das Problem bei Studien zu Ladungsänderungsreaktionen, bei denen experimentell gemessene Querschnitte immer höher sind als von theoretischen Modellen erwartet.
„Kann man bei der Ableitung von Kernladungsradien aus Ladungsänderungsreaktionen die experimentellen Daten zu verschiedenen Reaktionszielen konsistent behandeln? Was fehlt noch in der aktuellen Modellanalyse? Wir haben diese Fragen mit neuen genauen Daten bei 900 A MeV untersucht“, sagt Sun.
Die Forscher fanden eine robuste Korrelation zwischen dem Beitrag des Protonenverdampfungsprozesses direkt nach der Neutronenentfernung zur Messung und der Nukleonentrennungsenergie, einer inhärenten Eigenschaft des Kerns selbst. Diese Korrelation gilt vermutlich für Vorhersagen der meisten exotischen Kernsysteme (zumindest für die in der Arbeit untersuchten p-Schalen-Nuklide), da sie durch Interpolation ermittelt wird.
Dies ermöglichte den Forschern erstmals, im gleichen Rahmen die Punktprotonen-Verteilungsradien von Kernen aus Daten von Ladungsänderungsreaktionen an verschiedenen Reaktionszielen zu extrahieren, insbesondere für die exotischen Kerne, die mit anderen experimentellen Ansätzen kaum zugänglich waren.
Sie erhielten konsistente Ergebnisse für die Nuklide mit geraden Protonenzahlen. Für die neutronenreichsten Kerne mit ungeraden Protonenzahlen scheinen systematische Unterschiede in den aus zwei Zieldaten extrahierten Radien zu bestehen. So ergeben die Kohlenstoffzieldaten geringfügig größere Radien als die Wasserstoffzieldaten. Dies könnte auf den Effekt unterschiedlicher Hadronensonden oder die Punktprotonenverteilungsform exotischer Kerne hinweisen.
Das Papier ist veröffentlicht im Journal Wissenschafts-Bulletinund diese Studie wurde von Prof. Baohua Sun (Fakultät für Physik, Beihang-Universität) und Prof. Isao Tanihata (Fakultät für Physik, Beihang-Universität und Forschungszentrum für Kernphysik (RCNP), Universität Osaka) geleitet.
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Jichao Zhang et al., Ein neuer Ansatz zur Ableitung von RMS-Protonenradien aus Ladungswechselreaktionen neutronenreicher Kerne und der Reaktions-Ziel-Abhängigkeit, Wissenschafts-Bulletin (2024). DOI: 10.1016/j.scib.2024.03.051