Die Studie liefert starke Beweise für die doppelt magische Natur von ¹⁰⁰Sn

Jüngste Experimente am CERN haben ein neues Licht auf die nuklearen Eigenschaften von Atomkernen (d. h. die zentralen Regionen der Atome, die den größten Teil ihrer Masse ausmachen) geworfen. Ein Hauptziel der jüngsten Forschung an Atomkernen war es, die Eigenschaften von Zinn-100 besser zu verstehen (¹⁰⁰Sn), ein seltenes Isotop mit 50 Protonen und 50 Neutronen.

In der Kernphysik gelten diese spezifischen Zahlen an Protonen und Neutronen als „Magie“. Dies bedeutet im Wesentlichen, dass ein Isotop in seinem Kern vollständige Hüllen aus Protonen und Neutronen hätte und somit eine bemerkenswert stabile Konfiguration aufweisen würde.

Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT), der University of Manchester, des CERN, der KU Leuven und anderer Institute haben kürzlich starke Beweise dafür gesammelt ¹⁰⁰Sn hat einen doppelt magischen Kern. Ihre Ergebnisse, veröffentlicht in Natürliche Physikeröffnen spannende neue Möglichkeiten für die Forschung zur Prüfung und Validierung nuklearer Theorien.

„Nukleare Eigenschaften in der Nähe verstehen ¹⁰⁰„Sn gilt als der schwerste „doppelte magische“ Kern mit einer Protonenzahl Z = 50 gleich der Neutronenzahl N = 50 und stellt eine langjährige Herausforderung für die experimentelle und theoretische Kernphysik dar“, Dr. Jonas Karthein, Erstautor von die Studie. Papier, sagte Phys.org.

„In den letzten Jahrzehnten wurden verschiedene experimentelle Kampagnen an großen radioaktiven Strahlanlagen auf der ganzen Welt durchgeführt, um Isotope in der Nähe zu untersuchen ¹⁰⁰Sn.“

¹⁰⁰Sn und andere Isotope mit sehr kurzer Lebensdauer (in der Größenordnung von einer Sekunde oder weniger) müssen künstlich erzeugt werden. Daher konnten die Physiker sie nur in ungenügend geringer Geschwindigkeit herstellen. Aufgrund der Herausforderungen, die mit der Herstellung dieser Isotope verbunden sind, haben frühere Experimente zu widersprüchlichen und nicht schlüssigen Ergebnissen hinsichtlich ihrer Struktur geführt.

„Vor unserer Arbeit lagen experimentelle Erkenntnisse über die Entwicklung der Kerngröße und -form vor ¹⁰⁰„Sn fehlte“, sagte Karthein.

„Mit nur einem Proton weniger als Zinn bieten Indiumisotope (Z=49) ein hervorragendes Labor für die Untersuchung der Entwicklung benachbarter Kernstruktureigenschaften.“ ¹⁰⁰Sn. Die jüngsten Entwicklungen bei der Produktion von Indiumisotopen am CERN haben in Kombination mit unseren Fortschritten bei hochempfindlichen Laserspektroskopietechniken die ersten bevorstehenden Messungen ermöglicht ¹⁰⁰Sn.“

In den letzten Jahren hat die Kerntheorie erhebliche Fortschritte bei der Beschreibung schwerer Isotope gemacht, darunter ¹⁰⁰Sn. Durch das Sammeln umfangreicher experimenteller Beweise für die elektromagnetischen Eigenschaften von ¹⁰⁰Sn, Karthein und Kollegen bestätigten Teile bestehender Theorien und legten gleichzeitig einen strengen Maßstab für die zukünftige Entwicklung nuklearer Modelle fest.

„Die jüngste Entwicklung des Experiments zur kollinearen Resonanzionisationsspektroskopie (CRIS) am CERN-ISOLDE und die Produktion exotischer Indiumisotope in der Anlage haben es uns ermöglicht, eine präzise Laserspektroskopie der atomaren Energieniveaus des Indiumatoms durchzuführen, aus denen ihre nukleare elektromagnetische Strahlung resultiert Strahlungseigenschaften extrahiert werden können“, erklärte Professor Ronald Garcia Ruiz, Mitautor dieser Studie.

„Durch die Untersuchung kurzlebiger Indiumkerne mit zunehmender und abnehmender Neutronenzahl im Vergleich zu ihren stabilen Gegenstücken konnten wir genau untersuchen, wie sich Form und Größe des Kerns mit der Änderung der Neutronenzahl ändern. Neutronen im Vergleich zu Kernen natürlichen Ursprungs.“ . ^{113 115}Bis zum Neutronenmangel ¹⁰¹In und bis zu neutronenreich ¹³¹In.”

Die von den Forschern gesammelten Ergebnisse deuten stark auf die doppelte magische Natur von hin ¹⁰⁰Sn, das in neueren Kerntheorien vorhergesagt, aber experimentell noch nicht schlüssig nachgewiesen werden konnte. Karthein und seine Kollegen führten außerdem umfangreiche Kernberechnungen mit modernsten Methoden durch, die die Struktur von weiter aufklärten ¹⁰⁰Sn-Atomkerne.

„Unsere Ergebnisse ergaben starke Beweise für die doppelt magische Natur von ¹⁰⁰Sn und liefern damit wichtige experimentelle Informationen zum Verständnis dieses Schlüsselbereichs des Kerndiagramms und zur Lösung widersprüchlicher Ergebnisse aus Spektroskopieexperimenten an Einrichtungen auf der ganzen Welt“, sagte Karthein. „Die einfache Struktur dieser Kernsysteme bietet ein ideales System, um unser theoretisches Verständnis des Atoms zu leiten. Kerne.

Aktuelle Forschungen dieses Forscherteams könnten wichtige neue Wege für die Untersuchung von Atomkernen eröffnen. Beispielsweise wird es als Grundlage für weitere Experimente in großen Forschungseinrichtungen der nächsten Generation dienen, darunter die neue Rare Isotope Beam Facility (FRIB) des US-Energieministeriums.

Diese Bemühungen werden eine sehr genaue Untersuchung ermöglichen ¹⁰⁰Sn und benachbarte Isotope liefern zusätzliche Einblicke in ihre nuklearen Eigenschaften. Darüber hinaus werden sie es theoretischen Physikern ermöglichen, vorhandenes Wissen und Modelle über Kerne in extremen Regionen fernab der Stabilität zu testen.

„Die CRIS-Kollaboration am CERN plant auch, diese Stabilitätsmessungen auf neutronenarme Isotope auszudehnen. ^{99 100}„Die jüngsten unabhängigen Massenmessungen am CERN-ISOLDE rechtfertigen die Notwendigkeit, ihre nuklearen elektromagnetischen Eigenschaften zu messen.“

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