Science >> Wetenschap >  >> Fysica

Astronomisch observatie-instrument dat wordt gebruikt om de interne structuur van atoomkernen bloot te leggen

De RIKEN tandem (Pelletron) versneller en bundellijnen. Credit:RIKEN

Een groep onderzoekers heeft apparatuur gebruikt die oorspronkelijk bedoeld was voor astronomieobservatie om transformaties in de nucleaire structuur van atoomkernen vast te leggen, meldt een nieuwe studie in Scientific Reports .



Een kern bestaat uit protonen en neutronen. In de natuur bestaan ​​ongeveer 270 stabiele kernen, maar dit aantal loopt op tot 3.000 als je de onstabiele kernen meetelt. Recent onderzoek naar onstabiele kernen heeft verschijnselen aan het licht gebracht die niet in stabiele kernen worden waargenomen, waaronder afwijkingen in het energieniveau, het verdwijnen van magische getallen en de opkomst van nieuwe magische getallen.

Om deze structurele veranderingen te bestuderen, is het belangrijk om de kwantumtoestanden, interne energie, spin en pariteit van de staat te bepalen. Conventionele methoden zijn beperkt door de moeilijkheid om de gevoeligheid en detectie-efficiëntie in evenwicht te brengen bij het analyseren van elektromagnetische kenmerken van overgangen.

Nu hebben onderzoekers hun meerlaagse halfgeleider Compton-camera gebruikt om de polarisatie vast te leggen van gammastraling uitgezonden door atoomkernen. Dit onthult de interne structuur van de atoomkernen.

Deze methode vermindert de onzekerheden bij het bepalen van spin en pariteit voor kwantumtoestanden in zeldzame atoomkernen aanzienlijk, waardoor het mogelijk wordt om transformaties in de nucleaire structuur vast te leggen.

De CdTe Compton-camera (links) en de 20 lagen erin (rechts). Credit:RIKEN

De Compton-camera bevat een halfgeleiderbeeldsensor van Cadmium Telluride (CdTe), die oorspronkelijk is ontworpen voor astronomische observatie. Het heeft een hoge detectie-efficiëntie en nauwkeurige positiebepalingsnauwkeurigheid. De onderzoeksgroep gebruikte deze camera bij nucleaire spectroscopie-experimenten waarbij zowel de positie als de intensiteit van de gammastraling van het doel kunstmatig werd gecontroleerd, waardoor een gedetailleerde analyse van verstrooiingsgebeurtenissen mogelijk werd en een zeer gevoelige polarisatiemeting werd gerealiseerd.

De onderzoekers profiteerden van de positionele nauwkeurigheid van een beeldsensor van het pixeltype en gebruikten versnellerexperimenten bij de RIKEN Pelletron-versneller om de prestaties van de camera te evalueren. Protonenbundels werden gericht op een dunne ijzerfilm, waardoor de eerste aangeslagen toestand van 56Fe-kernen ontstond. De uitgezonden gammastraling werd gemeten, waarbij een piekstructuur zichtbaar werd.

Het team slaagde erin de verdeling van de verstrooiende azimuthoek te bepalen. De opmerkelijk hoge gevoeligheid voor het opvangen van de polarisatie van gammastraling werd verkregen met een betrouwbare detectie-efficiëntie. Deze prestatie is cruciaal voor het onderzoek naar de structuur van zeldzame radioactieve kernen.

  • Gammastralingsspectrum verkregen in dit werk. Credit:RIKEN
  • Verstrooiingshoekverdeling (rechts) van gepolariseerde gammastraling zoals vastgelegd door de meerlaagse Compton-camera (links). De zwarte stippen tonen de verdeling en de rode lijn toont de modulatiecurve. Credit:RIKEN

Dit onderzoek zou de weg kunnen vrijmaken voor een dieper begrip van de fundamentele principes die ten grondslag liggen aan de vorming van het universum en de kenmerken van materie, inclusief het desintegratieproces van magische getallen in exotische, onstabiele kernen.

Het onderzoeksteam bestond uit Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI-Kavli IPMU), professor Tadayuki Takahashi en afgestudeerde student (ten tijde van het onderzoek) Yutaka Tsuzuki, samen met RIKEN Cluster for baanbrekend onderzoek Ueno Nuclear Spectroscopy Laboratory-onderzoekers Shintaro Go en Hideki Ueno, RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science Cosmic Radiation Laboratory Hiroki Yoneda, Kyushu University universitair hoofddocent Yuichi Ichikawa, en Tokyo City University universitair hoofddocent Tatsuki Nishimura.

Meer informatie: S. Go et al, Demonstratie van nucleaire gammastralingspolarimetrie op basis van een meerlaagse CdTe Compton-camera, Wetenschappelijke rapporten (2024). DOI:10.1038/s41598-024-52692-2

Journaalinformatie: Wetenschappelijke rapporten

Aangeboden door Kavli Instituut voor de Natuurkunde en Wiskunde van het Heelal, de Universiteit van Tokio




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Onderzoek toont aan dat cabernet-druiven klimaatverandering kunnen overleven
  2. Hoe werkt hennep?
  3. Heeft de menselijke intelligentie duizenden jaren geleden een hoogtepunt bereikt?
  4. Levenscyclus van Sordaria Fimicola
  5. Wetenschappers ontrafelen mysteries van DNA-replicatie in maïs
  6. Onderzoekers vinden dat er minstens 14, 003 plantensoorten in het Amazonebekken
  7. Vissen geven inzicht in de evolutie van het immuunsysteem
  8. Vier grote groepen organische verbindingen die levende organismen samenstellen
  9. Wat is de complementaire basispaarregel?

Wetenschap