Нови апарат у Националној лабораторији Аргонне Министарства енергетике САД (ДОЕ) направио је изузетно прецизна мерења нестабилних језгара рутенијума. Мерења су значајна прекретница у нуклеарној физици јер се блиско поклапају са предвиђањима направљеним од софистицираних нуклеарних модела.
„Веома је тешко за теоријске моделе да предвиде својства сложених, нестабилних језгара“, рекао је Бернхард Мас, помоћник физичара у Аргону и главни аутор студије. "Показали смо да класа напредних модела то може тачно да уради. Наши резултати помажу да се модели валидирају."
Валидација модела може изградити поверење у њихова предвиђања о астрофизичким процесима. То укључује формирање, еволуцију и експлозије звезда где се стварају елементи.
Студија је објављена уПхисицал Ревиев Леттерс.
Потреба за валидацијом теоријских модела
Нуклеарни физичари развијају напредније теоријске моделе да прецизно предвиде својства нестабилних атомских језгара са компликованим структурама, облицима и силама. Такви модели имају потенцијал да продубе наше разумевање унутрашњег рада атомских језгара.
Међутим, неопходно је показати тачност ових модела пре него што се могу користити за померање граница науке. Ово захтева тежак задатак прикупљања прецизних мерења у стварном-свету сложених језгара и поређења мерења са предвиђањима модела.
Рутенијум је идеалан елемент за валидацију напредних теоријских модела. Овај ретки метал има изотопе-атоме истог елемента са различитим бројем неутрона и различитом стабилношћу-за које се зна да има језгра сложене структуре и облика. Постоји низ нестабилних, радиоактивних изотопа рутенијума за које се верује да имају троаксијални облик, сличан бадему или зрну кафе.
Мерење особина рутенијума
Истраживачки тим је користио Аргонне Тандем Халл Ласер Беамлине за атомску и јонску спектроскопију (АТЛАНТИС) апарат за мерење девет радиоактивних изотопа рутенијума. Овај нови уређај је инсталиран у Аргонне Тандем Линац Аццелератор Систем (АТЛАС).
АТЛАС је кориснички објекат ДОЕ у Аргону са суправодљивим линеарним акцелератором дизајнираним да проучава својства језгара.
Истраживачи су добили приступ радиоактивним изотопима рутенијума из другог АТЛАС инструмента, ЦАРИБУ (Цалифорниум Раре Исотоп Бреедер Упграде). ЦАРИБУ може да испоручи радиоактивни рутенијум фисијом мале количине калифорнијума-ретког, високо радиоактивног елемента.
„Изотопи рутенијума које смо проучавали трају само секунду пре него што се распадну у друге елементе“, рекао је Мас. "АТЛАНТИС изводи технику која се зове колинеарна ласерска спектроскопија. Омогућава нам да прикупимо мерења на веома малим количинама ових изотопа за мање од секунде."
Користећи АТЛАНТИС, истраживачи су усмерили ласерски сноп дуж истог пута као и сноп атома рутенијума. На одређеним фреквенцијама ласера, атоми су били узбуђени и почели да флуоресцирају, што указује да су емитовани светлосни фотони. Тим је идентификовао ласерске фреквенције на којима су емисије фотона достигле врхунац. Овај процес је поновљен за девет изотопа рутенијума. За сваки изотоп, пик емисије се померио на нешто другачију фреквенцију.
"Можемо да искористимо овај изотопски помак да изведемо разлике у нуклеарним величинама изотопа", рекао је Мас.
Тим је упоредио ове промене величине са предвиђањима из Брисела-Скирме-на-а-Грид (БСкГ) моделима, који су међу најнапреднијим у свету за нуклеарну структуру. За разлику од старијих, традиционалних нуклеарних модела, они објашњавају специфичне силе и интеракције између свих неутрона и протона у језгру.
Истраживачи су пронашли одлично слагање између њихових резултата и предвиђања из БСкГ модела, указујући на робусност модела.
Посебно, у покушају да омогући прецизна мерења, тим је такође унапредио технологију колинеарне ласерске спектроскопије. Конкретно, развили су и имплементирали ефикасне нове технике које неутралишу сноп атома и "спајају" га у импулсе.
Откријте најновије у науци, технологији и свемиру са преко100.000 претплатникакоји се ослањају на Пхис.орг за свакодневне увиде. Пријавите се за наш бесплатни билтен и добијајте новости о открићима, иновацијама и истраживањима која су важна-дневно или недељно.
Претплатите се
Импликације за астрофизику
Студија је показала да БСкГ модели могу да предвиђају нестабилна, триаксијална језгра са изузетном тачношћу. Овакви моћни модели могу помоћи астрофизичарима да расветле како функционише универзум.
„Астрофизичари знају да нестабилна, радиоактивна језгра играју важну улогу у формирању звезда и елемената у универзуму“, рекао је Мас.
„Да бисмо боље разумели наш универзум, морамо да знамо како су језгра структурисана и како међусобно делују. Морамо да будемо у стању да предвидимо својства егзотичних језгара која се не могу произвести у модерним акцелераторима честица.“
Три аутора студије развила су БСкГ моделе: Воутер Риссенс и Гуилхерме Грамс, оба са Университе либре де Брукеллес у Белгији, и Мицхаел Бендер са Института де Пхисикуе дес 2 Инфинис де Лион у Француској.
Поред Маса, Рисенса, Грамса и Бендера, експерименти и конструкција АТЛАНТИС-а били су сарадња између истраживача из Аргона (Данијел Бурдет, Џејсон Кларк, Питер Милер, Данијел Сантијаго{0}}Гонзалес, Гај Савард и Адријан Валверде), Техничког универзитета у Дармштадију у Немачкој, и са Универзитета у Дармштату, у Немачкој. Универзитет.
АТЛАНТИС је доступан сарадничким институцијама за извођење мерења колинеарне ласерске спектроскопије за различите потребе истраживања. Да бисте истражили могућности сарадње, контактирајте Маасс.
