Physiker stellen Methode zur mechanischen Erkennung einzelner Kernzerfälle vor

In den letzten Jahren haben Physiker und Ingenieure immer ausgefeiltere Instrumente entwickelt, um Teilchen und ihre Wechselwirkungen mit großer Präzision zu untersuchen. Diese Instrumente, zu denen Teilchendetektoren, Sensoren und Beschleunigungsmesser gehören, könnten Forschern dabei helfen, physikalische Prozesse detaillierter zu untersuchen, und möglicherweise zu aufregenden neuen Entdeckungen beitragen.

Forscher der Yale University stellten kürzlich eine neue Methode zur mechanischen Erkennung des individuellen Kernzerfalls vor, dem Prozess, bei dem ein instabiler Atomkern durch die Emission von Strahlung Energie verliert. Ihr vorgeschlagener Ansatz wird in einem Artikel beschrieben, der in veröffentlicht wurde Briefe zur körperlichen Untersuchungist empfindlich gegenüber allen beim Zerfall emittierten Partikeln, einschließlich neutraler Partikel, die mit bestehenden Methoden nur schwer oder gar nicht nachweisbar sind.

„Unsere Gruppe entwickelt empfindliche Kraftsensoren und Beschleunigungsmesser im Mikrometerbereich unter Verwendung optisch eingefangener Partikel im Vakuum“, sagte David C. Moore, Co-Autor des Artikels, gegenüber Phys.org. „Vor kurzem ist die Empfindlichkeit dieser Systeme so gut geworden, dass wir erkannt haben, dass wir Kräfte erkennen können, die von einem einzelnen Elementarteilchen übertragen werden, beispielsweise einem Alphateilchen, das beim Kernzerfall emittiert wird. »

Das Hauptziel der jüngsten Forschung von Moore und Kollegen bestand darin, neue Techniken zur Erkennung von Kernzerfällen zu entwickeln, indem die von einzelnen Elementarteilchen übertragenen Kräfte ausgenutzt werden. Solche Techniken würden es ihnen letztendlich ermöglichen, Partikel zu erkennen, denen eine elektrische Ladung fehlt (d. h. neutrale Partikel), die mit herkömmlichen Detektoren besonders schwer zu erkennen sein können.

„Unser Ansatz besteht darin, die Bewegung eines staubgroßen Partikels mit darin eingebetteten radioaktiven Kernen zu überwachen“, erklärt Moore. „Wenn ein einzelner Kern des Staubpartikels zerfällt, können wir dies erkennen, indem wir eine Änderung der elektrischen Ladung des Partikels beobachten, wenn geladene Partikel wie Alpha- oder Betapartikel entweichen. »

In ersten Experimenten zeigte das Team, dass es mit seiner Methode einzelne Kernzerfälle erkennen konnte. Den Forschern gelang es insbesondere, den vollständigen Rückstoß eines Partikels auf einer präzisen Skala von einigen zehn Nanometern zu beobachten, indem sie die Position einer Kugel in ihrem Gerät anhand des von ihr gestreuten Laserlichts sorgfältig maßen.

„Mit unserem Ansatz können wir einzelne Zerfälle innerhalb von Partikeln erkennen, auch wenn sie sehr selten auftreten, beispielsweise nur einmal am Tag“, sagte Moore. „Dies könnte es uns ermöglichen, staubgroße Partikel zu untersuchen, die für die nukleare Überwachung und Nichtverbreitung relevant sind, und einzelne Zerfälle langlebiger Isotope zu erkennen.“ »

Diese Arbeit könnte schon bald interessante Perspektiven für die Forschung in der Teilchenphysik eröffnen. Die von ihnen eingeführte vielversprechende Nachweismethode könnte beispielsweise zur Suche nach Dunkler Materie und exotischen Teilchen eingesetzt werden oder die Untersuchung nuklearer Prozesse und neutraler Teilchen vorantreiben, die herkömmlichen Detektoren entgehen.

„In unserer zukünftigen Arbeit wollen wir dieselben Techniken auf kleinere Nanopartikel ausweiten“, fügte Moore hinzu. „Dadurch können wir den Impuls nachweisen, der von einem isolierten Neutrino erzeugt wird, das aus der Kugel austritt. Neutrinos interagieren so schwach, dass sie unentdeckt bleiben würden, aber diese neue Technik könnte neue Werkzeuge für die Untersuchung dieser schwer fassbaren Teilchen liefern. »

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