Wissenschaftler des Institute of Modern Physics (IMP) der Chinese Academy of Sciences (CAS) und ihre Mitarbeiter haben die stärkste Isospin-Mischung entdeckt, die jemals in β-Zerfallsexperimenten beobachtet wurde, was eine direkte Herausforderung für das Verständnis der Kernkraft darstellt. Die Ergebnisse wurden in veröffentlicht Briefe zur körperlichen Überprüfung als Vorschlag der Redaktion am 8. Dezember.
1932 schlug der Nobelpreisträger Werner Heisenberg das brillante Konzept des Isospins vor, um die Symmetrie in Atomkernen zu beschreiben, die durch die nahezu identischen Eigenschaften von Proton und Neutron hervorgerufen wird. Die Isospin-Symmetrie bleibt bis heute eine allgemein akzeptierte Konvention.
Die Isospin-Symmetrie wird jedoch aufgrund der Proton-Neutron-Massendifferenz, der Coulomb-Wechselwirkung und der ladungsabhängigen Aspekte der Kernkraft nicht streng konserviert. Eine solche Asymmetrie führt zu einer Fragmentierung des erlaubten Fermi-Übergangs in viele Zustände durch starkes Isospin-Mischen, anstatt beim β-Zerfall auf einen Zustand beschränkt zu sein.
Die Untersuchung der Isospin-Mischung hat in der wissenschaftlichen Forschung beträchtliche Bedeutung erlangt. Der β-Zerfall protonenreicher Kerne spielt eine wesentliche Rolle bei der Erforschung der Isospin-Mischung. Isospin-Mischen wurde bisher nur in mehreren β-Zerfallsexperimenten beobachtet und die Isospin-Mischungsmatrixelemente waren kleiner als 50 keV, was durch Kernmodelle sehr gut beschrieben werden konnte.
Die Wissenschaftler am IMP und ihre Mitarbeiter lieferten neue Daten zur Isospin-Mischung. Sie führten ein β-Zerfallsexperiment am exotischen Kern Phosphor-26 an der Radioactive Ion Beam Line in Lanzhou durch, die in der Heavy Ion Research Facility of Lanzhou untergebracht ist.
Durch hochpräzise Kernspektroskopie der β-verzögerten Zwei-Protonen-Emission identifizierten die Wissenschaftler eindeutig den isobaren analogen Zustand (IAS) bei 13055 keV und zwei neue hoch liegende Zustände bei 13380 keV und 11912 keV in Silizium-26. Sie maßen Winkelkorrelationen von zwei Protonen, die von angeregten Silizium-26-Zuständen emittiert wurden, was darauf hindeutet, dass die beiden Protonen hauptsächlich nacheinander emittiert werden.
Überraschenderweise beobachteten die Wissenschaftler in Silizium-26 ein stark isospingemischtes Dublett, den IAS- und 13380-keV-Zustand. Das große Isospin-Mischmatrixelement 130(21) keV zwischen den beiden Zuständen wurde bestimmt, was die stärkste Mischung darstellt, die jemals in β-Zerfallsexperimenten beobachtet wurde.
Das unerwartete experimentelle Ergebnis kann nicht sehr gut durch Nuklearmodelle erklärt werden. „Die ungewöhnlich starke Isospin-Mischung in dieser Arbeit, die möglicherweise mit dem schwach gebundenen (oder Kontinuums-) Effekt oder der Kernverformung zu tun hat, stellt eine direkte Herausforderung für unser Verständnis der Kernkraft dar“, sagte Prof. Xu Xinxing vom IMP, korrespondierender Autor dieser Studie.
Mehr Informationen:
JJ Liu et al, Beobachtung eines stark Isospin-gemischten Dubletts in Si26 über β -verzögerten Zwei-Protonen-Zerfall von P26, Briefe zur körperlichen Überprüfung (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.242502