Badanie ponownie analizuje rozpad 185Bi przy użyciu najnowszej technologii

Naukowcy z University of Surrey, University of York, University of Edinburgh i Argonne National Laboratory niedawno ponownie przeanalizowali niektóre z dawnych zagadek związanych z rozpadem ¹⁸⁵Bi, najcięższe znane jądro promieniotwórcze protonów. Ich artykuł został opublikowany w Fizyczne listy kontrolne, podsumowuje kluczowe nowe wyniki uzyskane przy użyciu dwóch zaawansowanych ustawień w zakładzie ATLAS w Argonne National Laboratory, analizatora masy fragmentów (FMA) i analizatora wypełniania gazem argonowym (AGFA).

„Od dłuższego czasu tym obszarem schematu jądrowego było szczególne zainteresowanie, zarówno z punktu widzenia eksperymentu, jak i teorii, ze względu na przypadki współistnienia kształtów (w których różne konfiguracje współistnieją przy energiach bliskich sobie) i zmiany kształtu” Daniel Doherty , jeden z badaczy, którzy przeprowadzili badanie, powiedział Phys. org. „nieznajomy ¹⁸⁵Jądro podwójne przyciągnęło szczególną uwagę, ponieważ jest emiterem protonów stanu podstawowego (tj. korupcja poprzez emisję protonów ze stanu podstawowego) i istnieje szereg cech jego rozpadu, które nie zostały zrozumiane.”

Kluczowe cechy ¹⁸⁵Badany rozpad binarny to okres półtrwania jądra, który jest znacznie dłuższy niż przewidują teorie emisji protonów i „utrudnionej” gałęzi rozpadu alfa. Uzyskanie lepszego zrozumienia tych cech będzie miało kilka ważnych implikacji dla tego konkretnego regionu wykresu jądrowego, jednocześnie zwiększając ogólną wiedzę fizyków na temat jądra emitującego protony.

„Zdecydowaliśmy, że nadszedł czas, aby ponownie zająć się tym problemem ze względu na nowe i ulepszone możliwości eksperymentalne w Argonne National Laboratory w Stanach Zjednoczonych” – wyjaśnił Doherty. „W pierwszym eksperymencie w FMA, prowadzonym przez (Andre) Andreeva z York University, wykryliśmy kilka interesujących sygnałów (patrz poniżej), ale nie byliśmy całkowicie przekonani, że rozwiązaliśmy problem. Zaproponowaliśmy więc uzupełniający eksperyment z AGFA, w tym samym laboratorium, aby potwierdzić (lub obalić) nasze ustalenia.

Najnowsze badanie przeprowadzone przez Doherty’ego i współpracowników jest jednym z rzadkich wspólnych badań fizyki jądrowej z udziałem trzech różnych zespołów z siedzibą w Wielkiej Brytanii. Znaczące wyniki ostatecznie osiągnięte przez naukowców były wynikiem tej współpracy i zaawansowanego sprzętu dostarczonego przez ich współpracowników z Argonne National Laboratory kierowanego przez Darka Swerenjaka.

„Ja zamierzam ¹⁸⁵Bi powstał w reakcjach fuzji, ale ¹⁸⁵Bi reprezentuje tylko bardzo małą część całkowitej liczby interakcji (porozmawiamy o małym przekroju w fizyce jądrowej)” – powiedział Doherty. Interwał jest ustawiony tak, aby ¹⁸⁵Bi osiąga płaszczyznę ogniskową (abyśmy mogli badać właściwości zaniku), ale kanały tła są stłumione. Następnie wszczepiliśmy rdzenie do wykonanego na zamówienie detektora pasków krzemowych, który ma w sumie 160 x 160 = 25 600 „pikseli”, co pozwala nam zmierzyć jego rozpad. „

W swoim pierwszym eksperymencie Doherty i współpracownicy umieścili również szereg detektorów germanowych wokół miejsca, w którym wszczepili rdzenie. To pozwoliło im zmierzyć rozpad elektromagnetyczny (czyli fotony rentgenowskie i fotony rentgenowskie).

W zebranych danych naukowcy znaleźli dowody na to, że wcześniej obserwowany stan podstawowy emitujący protony był poprzedzony rozpadem elektromagnetycznym nowego, długożyjącego stanu wzbudzonego. Ten poziom, zwany izomerem, wydaje się być odpowiedzialny za niezwykle długi okres półtrwania ¹⁸⁵Jądro binarne zostało zidentyfikowane wcześniej prace eksperymentalne, które nie były w stanie zaobserwować tego izomeru. To z kolei oznacza, że ​​okres połowicznego rozpadu stanu Ziemi jest około 20 razy krótszy niż twierdzono w poprzedniej pracy.

„Aby to potwierdzić, chcieliśmy monitorować rozkład podczas przekraczania tego izomeru, a do tego czasu nowy AGFA właśnie wchodził do sieci, więc zdecydowaliśmy się wykorzystać to, aby zmaksymalizować naszą wydajność” – powiedział Doherty. „Jednakże, domyślny krótszy okres półtrwania był zbyt krótki, aby można go było zmierzyć bezpośrednio przy użyciu konwencjonalnych technik. Zastosowana sztuczka polegała na zarejestrowaniu„ kształtów fal” sygnałów, aby można je było dokładnie przeanalizować w trybie offline”.

Po szeroko zakrojonych analizach naukowcy w końcu zidentyfikowali kilka kształtów fal, które można wytłumaczyć jedynie bardzo szybkim rozpadem protonów. Obserwacje te potwierdziły wyniki, które zebrali w pierwszym eksperymencie kilka lat temu.

Oprócz tego, że jest najcięższym jądrem emitującym protony, ¹⁸⁵„Bi jest wyjątkowy, ponieważ jest również jedynym przykładem rozkładu jądra potomnego ze znacznym zamknięciem powłoki (prostsza i bardziej stabilna formacja)” – powiedział Doherty. „Ze względu na ustalony z góry okres półtrwania, jego utrudniony rozpad nie był dobrze rozumiany, a nowy, krótszy okres półtrwania zidentyfikowany w naszej pracy, który lepiej pasuje do teorii, pokazuje, że rozpad protonu jest w rzeczywistości stosunkowo prostym procesem. Zgadza się to z oczekiwaniami , w przeciwieństwie do rozpadu alfa, który jest również zjawiskiem tunelowania kwantowego, nie musimy myśleć o utworzeniu nowej cząstki w pobliżu powierzchni jądra, gdzie protony znajdują się wewnątrz jądra atomowego.

Wyniki zebrane przez ten zespół naukowców dostarczają nowych informacji na temat stojącej za tym dynamiki ¹⁸⁵podwójny rozpad. W przyszłości może służyć jako ważne kryterium teorii jąder emisji protonów. Prawdopodobnie odegra to ważną rolę w poszerzeniu obecnej wiedzy z zakresu fizyki jądrowej poprzez opisanie właściwości jąder egzotycznych bogatych w protony i wyjaśnienie zjawisk, takich jak struktura jądrowa, związana z niektórymi scenariuszami astrofizycznymi (np. rozbłyski rentgenowskie).

„Wciąż jest wiele do zrozumienia na temat tego rdzenia” – dodał Doherty. „Konieczne są dalsze pomiary spektroskopii 'rozpuszczania’ (tj. co zrobiliśmy), zwłaszcza jeśli jesteśmy w stanie użyć bardzo czułych detektorów germanowych przy niższych energiach. Dodatkowo chcielibyśmy wykonać pomiary spektroskopii w wiązce przy użyciu techniki znakowania odbić. – próchnicy. Będzie to ważne dla potwierdzenia konkretnych przypisań do przypadków, które przedstawiamy w artykule.

Oprócz poprawy zrozumienia ¹⁸⁵Dwukrotny rozpad, ostatnie prace Doherty’ego i współpracowników mogą otworzyć nowe możliwości w poszukiwaniu cięższych jąder fotonowych. Chociaż te poszukiwania mogą być trudne do wykonania i będą wymagać trudnych pomiarów, instrumenty w Argonne National Laboratory w Atlas Facility można wykorzystać do wyszukiwania potencjalnych emiterów protonów, takich jak ¹⁸⁸¹⁸⁹w, ¹⁹⁴¹⁹⁵ojciec i ^200,201Uwarunkowane sukcesem takie wysiłki badawcze ujawniłyby nowe obszary radioaktywności protonów.

© 2021 Sieć Nauka X