Используя высокоэнергетический электронный пучок MAMI, команда впервые применила инновационный подход.
Университет Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU)
Международная исследовательская группа впервые успешно получила водород-6 (⁶H), один из самых богатых нейтронами изотопов, используя метод электронного рассеяния.
Результаты, полученные на ускорителе частиц Майнц-Микротрон (МАМИ), открывают новую методику изучения экзотических ядер.
«Эксперимент на спектрометрической установке ускорителя частиц Майнц Микротрон (MAMI) представляет собой новый метод исследования легких, богатых нейтронами ядер и бросает вызов нашему текущему пониманию многонуклонных взаимодействий», — заявили исследователи в пресс-релизе.
Результаты показывают, что ⁶H обладает более низкой энергией основного состояния, чем предсказывали многие недавние теории.
Это говорит о том, что взаимодействия между множественными нейтронами внутри этого крайне нестабильного ядра сильнее, чем ожидалось, что побуждает к переоценке многонуклонных сил в средах, очень богатых нейтронами.
Эксперимент стал результатом совместных усилий группы A1 Collaboration из Института ядерной физики Университета Цзянсу, а также ученых из Университета Фудань в Шанхае (Китай), Университета Тохоку в Сендае и Токийского университета в Японии.
Водород-6: один из самых дальних пределов ядерной стабильности
Водород-6, состоящий из одного протона, связанного с пятью нейтронами, представляет собой одну из самых дальних границ ядерной стабильности.
«Чрезвычайно тяжелые изотопы водорода ⁶H, состоящие из одного протона и пяти нейтронов, и ⁷H, имеющие еще один нейтрон, имеют самые высокие известные на сегодняшний день отношения нейтронов к протонам», — добавили исследователи.
Понимание таких экзотических изотопов имеет решающее значение для ответа на фундаментальные вопросы о том, сколько нейтронов может содержаться в атомном ядре.
«Однако экспериментальные данные по этим экзотическим ядрам скудны, а результаты остаются спорными. В частности, давно ведутся споры о том, является ли энергия основного состояния ⁶H низкой или высокой», — отмечается в пресс-релизе.
Использование двухэтапного процесса
Команда разработала инновационный подход с использованием высокоэнергетического электронного пучка MAMI. Направив электронный пучок с энергией 855 МэВ на специально подготовленную мишень из лития-7 (⁷Li), они инициировали двухэтапный процесс.
Сначала электронное взаимодействие возбудило протон внутри ядра лития, заставив его распасться на нейтрон и пион.
«Если этот нейтрон впоследствии передаст свою энергию другому протону внутри ядра, он может образовать богатый нейтронами изотоп водорода ⁶H вместе с остаточным ядром, в то время как пион и протон покидают ядро и могут быть обнаружены одновременно вместе с рассеянным электроном с помощью трех магнитных спектрометров», — подчеркивается в пресс-релизе.
Для обнаружения слабого сигнала ⁶H потребовалось одновременное измерение рассеянного электрона, выброшенного пиона и выброшенного протона с использованием трех магнитных спектрометров, работающих синхронно.
Объединение электронно-лучевых спектрометров высокого разрешения
«Это измерение стало возможным только благодаря уникальному сочетанию превосходного качества электронного пучка MAMI и трех спектрометров высокого разрешения коллаборации A1», — отметил профессор Йозеф Походзалла из Университета имени Иоганна Гутенберга в Майнце (JGU).
В ходе эксперимента также удалось преодолеть значительные технические препятствия, включая использование необычной удлиненной литиевой мишени (длиной 45 мм, толщиной 0,75 мм), расположенной вдоль оси пучка для максимального увеличения вероятности взаимодействия, а также осторожное обращение с высокореактивным и хрупким литиевым материалом.
Несмотря на редкость процесса, дающего примерно одно событие ⁶H в день в течение четырехнедельного периода измерений, высокая точность и низкий фоновый шум эксперимента обеспечили четкий сигнал и подтвердили производство изотопа и его неожиданно низкое энергетическое состояние.
Sourse: interestingengineering.com
