Исследователи делают вывод о силе перехода между различными ядерными конфигурациями в кальции-40
Ученые из Исследовательского центра ядерной физики Университета Осаки в сотрудничестве с Австралийским национальным университетом, Японским агентством по атомной энергии, Токийским университетом и Университетом GIT AM использовали измерения кальциевой фольги, облученной протонами, чтобы сделать вывод о силе перехода между различные ядерные конфигурации в кальции-40. Они обнаружили, что квантовая интерференция делает переход из вытянутого «супердеформированного» состояния в нормальное сферическое состояние гораздо менее вероятным, чем ожидалось. Эта работа может привести к лучшему пониманию того, как элементы образуются в сверхновых.
Рис. 1 Силы перехода между состояниями со спином 0 для ядер с атомными массами менее 50. Зеленая точка показывает силу перехода между супердеформированным состоянием и основным состоянием 40 Ca, которое имеет наименьшее значение. Красные точки представляют собой экспериментальные значения, а пунктирная линия представляет собой кривую, обратно пропорциональную степени 2/3 массового числа A, показывающую тенденцию между состояниями со спином 0 по отношению к массе. Кредит: Э. Идегучи
В ядерной физике некоторые изотопы называются «магическими», потому что они содержат ровно столько протонов или нейтронов, сколько необходимо для образования полной оболочки. Первые несколько магических чисел — это 2, 8, 20, 28 и 50. Кальций-40, наиболее распространенная форма кальция, считается «двойной магией», поскольку в его ядре содержится 20 протонов и 20 нейтронов. В результате этот изотоп очень стабилен. В магических ядрах различные формы ядер могут иметь очень похожие энергии, так что может происходить сосуществование. Это представляет собой квантовую суперпозицию более чем одной конформации протонов и нейтронов одновременно. Однако механизм распада ядра в «супердеформированной» конформации, имеющей форму вытянутого мяча для регби.
Рис. 2. Схематическая диаграмма трех деформированных состояний, сосуществующих в ядре 40 Ca, и парных переходов электрон-позитрон. (A) Переход от сверхдеформированного состояния к сферическому основному состоянию, (B) от нормального деформированного состояния к основному состоянию и (C) от сверхдеформированного состояния к нормальному деформированному состоянию. Кредит: Э. Идегучи
Теперь команда исследователей использовала измерения эмиссии электронов и позитронов при переходах распада между различными состояниями ядер кальция-40, чтобы прояснить механизм. «Мы наблюдали доказательства того, что распад из сверхдеформированного возбужденного состояния в сферическое основное состояние неожиданно подавляется в ядре кальция-40», — говорит первый автор Эйдзи Идегучи. Команда обнаружила, что сила перехода между этими состояниями настолько мала из-за разрушительной квантовой интерференции между сосуществующими конфигурациями форм с одинаковыми энергиями.
Для сбора экспериментальных данных протоны выстреливались в кальциевую мишень, и измерялись образовавшиеся электроны и позитроны, испускаемые из возбужденных состояний. «Эта работа углубляет наше понимание сосуществующих состояний деформации, уникальных для ядер», — говорит старший автор Тибор Кибеди. Их исследование будет опубликовано в Physical Review Letters, и это исследование может помочь ученым лучше понять процессы, которые приводят к возникновению различных элементов во Вселенной, а также удивительную стабильность магических ядер.
Рис. 3 Спектрометр электрон-позитронных пар, Super-e. Желтая линия на рисунке показывает воздействие луча на мишень. Испускаемые им электроны и позитроны (красная и зеленая линии) направляются к Si-детектору, расположенному ниже по потоку. Кредит: Т. Кибеди
