Poolse wetenschappers die in Polen werken, Frankrijk en de VS verklaarden het mysterieuze β-vertraagde protonverval van de neutronenhalogrondtoestand van ¹¹ Zijn. Studies binnen het SMEC-model suggereren het bestaan ​​van collectieve resonantie, met veel kenmerken van een nabijgelegen protonvervalkanaal, wat dit raadselachtige verval verklaart. Er werd betoogd dat het verschijnen van dergelijke resonantietoestanden met een bijna drempelwaarde een generiek fenomeen is in elk open kwantumsysteem, waarin gebonden en ongebonden toestanden sterk vermengen.

Kernclustering is een van de meest raadselachtige verschijnselen in de subatomaire fysica. Talloze voorbeelden van dergelijke constructies zijn de grondtoestand van de ¹¹ Li-kern met een halo van twee neutronen of de beroemde Hoyle-resonantie at ¹² C, die een vitale rol speelt bij de synthese van zwaardere elementen in sterren. Smalle resonanties nabij de drempel zijn fundamenteel in astrofysische omstandigheden, waarin de meeste reacties plaatsvinden bij zeer lage energieën. Voor deze staten is deeltjesemissiekanalen kunnen effectief concurreren met andere soorten verval, zoals fotonenemissies. De wijdverbreide aanwezigheid van nauwe resonanties nabij de emissiedrempel van deeltjes suggereert dat dit een universeel fenomeen is in open kwantumsystemen waarin gebonden en ongebonden toestanden sterk vermengen, resulterend in het verschijnen van een collectieve staat met de kenmerken van een nabijgelegen vervalkanaal.

In een onlangs gepubliceerd artikel in Fysieke beoordelingsbrieven , natuurkundigen van de IFJ PAN in Krakau (Polen), GANIL in Caen (Frankrijk) en FRIB Facility (VS) gaven een verklaring voor de door ß-verval vertraagde protonemissie vanuit de zwak gebonden grondtoestand van de ¹¹ Wees kern. In de eerste fase van dit raadselachtige, proces in twee fasen, het neutron in de grondtoestand van ¹¹ Be met de halostructuur vervalt in elektron, anti-neutrino en proton, het veroorzaken van de transformatie van ¹¹ Wees grondtoestand in de resonantie in ¹¹ B. In de tweede fase, uit deze resonantie (zie bijgevoegde afbeelding) wordt een proton uitgezonden naar de ¹⁰ Staat zijn. De mogelijkheid van een dergelijk halo-vervalproces in ¹¹ Be is verklaard door het bestaan ​​van resonantie in ¹¹ B met 1/2+ totaal impulsmoment en pariteit, die lijkt op veel kenmerken van een nabijgelegen protonenemissiekanaal. De nabijheid van proton- en tritiumemissiedrempels in ¹¹ B suggereert dat deze resonantie ook een mengsel van de tritiumclusterconfiguratie kan bevatten.

"De studie werd uitgevoerd op basis van het schaalmodel ingebed in het continuüm (SMEC). De maatstaf voor staatscollectivisatie nabij de drempel voor deeltjesemissies (nucleon, deuteron, α deeltje, enz.) is de correlatie-energie, die wordt berekend voor elke eigentoestand van de SMEC. Concurrerende effecten bepalen de excitatie-energie bij maximale collectivisatie:koppeling aan vervalkanalen en de Coulomb- en centrifugale barrières. Voor hogere impulsmomentwaarden (L> 1) en/of voor koppeling aan het geladen deeltjesemissiekanaal, de correlatie-energie-extreme ligt boven de drempelenergie van dit kanaal, " legt prof. Jacek Okowicz van het Instituut voor Kernfysica van de Poolse Academie van Wetenschappen uit.

In het laatste experimentele werk van de groep aan de Michigan State University, protonenemissie werd waargenomen in ¹¹ B vanuit een toestand met een totaal impulsmoment van 1/2+ of 3/2+, de energie van 11.425(20) MeV en een breedte van 12(5) keV, die wordt bevolkt in het ß- verval van ¹¹ Grondtoestand zijn. De resonantie bij ¹¹ B voorgesteld in dit experiment is 197(20) keV boven de drempel voor protonenemissie en 29(20) keV onder de drempel voor neutronenemissie.

Theoretische studies met behulp van het SMEC-model omvatten de effectieve nucleon-nucleon-interactie in discrete toestanden van het shell-model, en de Wigner-Bartlett-interactie die de koppeling beschrijft tussen nucleonen in discrete gebonden toestanden en continuümtoestanden. De berekeningen zijn gemaakt voor de toestanden Jπ =1/2+ en 3/2+ in ¹¹ B om het meest waarschijnlijke impulsmoment van de voorgestelde resonantie te bepalen. De toestanden van het schaalmodel worden gemengd via koppeling met een proton- en neutronenreactiekanaal. Collectivisatie van de golffunctie werd alleen gevonden voor de derde aangeslagen 1/2+ toestand, waarvoor de maximale correlatie-energie 142 keV boven de protonemissiedrempel ligt. Vandaar, werd geconcludeerd dat de resonantie in ¹¹ B, bemiddelen bij het verval van de grondtoestand van ¹¹ Zijn, moet een totaal impulsmoment en pariteit Jπ =1/2+ hebben.

De smalle 5/2+ resonantie bij 11.600(20) MeV, die iets boven de neutronenemissiedrempel ligt en wordt afgebroken door de emissie van het neutron of -deeltje, heeft een significant effect op de waarde van de ¹⁰ B neutronenvangst doorsnede. Deze enorme doorsnede suggereert dat de 5/2+ resonantiegolffunctie sterk wordt gewijzigd door koppeling met een nabijgelegen neutronenemissiekanaal. Inderdaad, in de SMEC-modelberekeningen, er is een zesde 5/2+ toestand nabij de neutronenemissiedrempel, die in de L=2 deelgolf sterk koppelt aan het kanaal [10B(3+) + n]5/2+. De theoretisch bepaalde maximale collectivisatie voor deze toestand is 113 keV boven de neutronenemissiedrempel en dicht bij de experimentele energie van de 5/2+ toestand.

"We onderzochten het raadselachtige geval van β-p+ verval van ¹¹ Wees met een neutronenhalo. Analyse uitgevoerd binnen het SMEC-model bevestigt het bestaan ​​van collectieve resonantie in ¹¹ B in de buurt van de protonemissiedrempel en geeft de voorkeur aan toewijzing van Jπ =1/2+ kwantumgetallen. De golffunctie van deze resonantie lijkt op een nabijgelegen protonenemissiekanaal. Het betekent dat in dit proces β-verval kan worden geïnterpreteerd als quasi-vrij verval van een neutron uit de ¹¹ Wees halo voor resonantie in ¹¹ B, waarin een enkel proton is gekoppeld aan de ¹⁰ Wees kern. De overeenkomst van Jπ =1/2+ resonantie met het kanaal [ ¹⁰ Be + p] verklaart ook de grote spectroscopische factor voor protonverval en de zeer kleine gedeeltelijke breedte van het α-verval van deze toestand. Echter, de eigenschappen van de nabijgelegen Jπ =3/2+ toestand, die voornamelijk vervalt door de emissie van het α-deeltje, kan worden verklaard door de vierde 3/2+ toestand van het SMEC-model. Deze toestand koppelt slecht aan de emissiekanalen van één neutron of proton. Boven de neutronenemissiedrempel [ ¹⁰ B + n] is een 5/2+ resonantie, wat cruciaal is voor ¹⁰ B neutronenvangst. De golffunctie van de zesde 5/2+ toestand van het SMEC-model vertoont een zeer sterke collectivisatie nabij de drempel van neutronenemissie, wat de verklaring is van de enorme waargenomen dwarsdoorsnede voor neutronenvangst door ¹⁰ B, " zegt prof. Okolowicz.

De reden voor het ontstaan ​​van een collectieve proton (neutronen) resonantie rond de proton (neutronen) emissiedrempel is de L=0 (L=2) koppeling met de proton (neutronen) verstrooiingstoestandsruimte. In dit verband, de ¹¹ B-geval volgt andere prachtige voorbeelden van drempeltoestanden in ¹² C, ¹¹ Li, of ¹⁵ F. In de toekomst, experimentele studies van de ¹⁰ Be(p, P) ¹⁰ Er zal een reactie nodig zijn om de aard van protonresonantie bij 11,425 MeV te begrijpen. Om de aard van het neutronenreactiekanaal en naburige neutronenresonanties beter te achterhalen, ¹⁰ B(d, P) ¹¹ Be reacties moeten worden onderzocht. Daarnaast, een uitgebreide experimentele en theoretische analyse zal nodig zijn om de vertakkingsverhouding voor het β-p+ kanaal te bepalen, aangezien de momenteel voorgestelde experimentele waarde een factor 2 groter is dan de voorspellingen van het SMEC-model. Toekomstige theoretische studies zouden ook het effect van L=0 virtuele neutronentoestand op het reactiekanaal moeten verklaren [ ¹⁰ B + n].