Onderzoekers van de Universiteit van Peking in China hebben met succes de ongrijpbare 0₂ waargenomen ⁺ status van ⁸ Hij onthulde een nieuwe clusterstructuur met twee sterk gecorreleerde neutronenparen. Deze bevinding biedt inzicht in exotische nucleaire structuren en hun potentiële implicaties voor het begrijpen van neutronensterren. De bevindingen worden gepubliceerd in Physical Review Letters .

Het conventionele nucleaire model in de natuurkunde poneert een beeld van één deeltje waarin nucleonen, protonen en neutronen onafhankelijk binnen een kern bewegen en een goed gedefinieerde schilstructuur vormen. Geregeerd door een gemiddeld potentieel gecreëerd door nucleaire krachten, vullen nucleonen verschillende energieniveaus of granaten, wat leidt tot verhoogde stabiliteit geassocieerd met magische getallen.

Dit model, geworteld in de kwantummechanica, verklaart met succes de nucleaire structuur en stabiliteit, maar stuit op beperkingen bij het onderzoeken van exotische kernen, vooral die die neutronenrijk en onstabiel zijn.

De eerste auteur van de studie, prof. Zaihong Yang, legde de motivatie van het team uit aan Phys.org:"Als kernfysicus is een van onze belangrijkste doelen om te begrijpen wat de structuur van de kern is en hoe deze voortkomt uit de complexe nucleaire interacties tussen de samenstellende nucleonen."

Van bijzonder belang is de condensaatachtige clusterstructuur in de neutronenrijke kern ⁸ Hij.

"Een condensaatachtige clustertoestand bestaande uit één alfa plus twee dineutronenclusters is theoretisch voorspeld in de neutronenrijke kern ⁸ Hij, maar de experimentele observatie ervan is ongrijpbaar gebleven vanwege de problemen bij zowel de productie als de identificatie van deze exotische clusterstaat", aldus prof. Yang.

Clustertoestanden en resonante toestanden van ⁸ Hij

De genoemde clusterstatus verwijst naar een specifieke nucleaire configuratie in de neutronenrijke kern ⁸ Hij.

In deze toestand combineren twee sterk gecorreleerde neutronenparen, bekend als dineutronenclusters, zich met een alfacluster (vier heliumkernen) en vormen wat de onderzoekers omschrijven als een 'condensaatachtige clusterstructuur'.

De term 'condensaatachtig' trekt een analogie met Bose-Einstein-condensaten (BEC's), een toestand van materie die ontstaat bij extreem lage temperaturen.

In BEC's bevinden deeltjes zoals atomen zich in dezelfde kwantumtoestand en vertonen ze collectief gedrag. Op dezelfde manier in de context van de ⁸ In de clusterstatus suggereert de term dat de twee dineutronenclusters en de alfacluster gezamenlijk bijdragen aan de nucleaire structuur.

De dineutronenclusters worden aangegeven als 0₂ ⁺ , waarbij "0" de spin-pariteit aangeeft (in dit geval spin 0), waarbij "2" de energietoestand is en de "+" de pariteit (positief) is.

Om de theoretische toestand te observeren, voerde het onderzoeksteam een ​​nucleair verstrooiingsexperiment uit in het RIKEN Nishina Center in Japan. Deze experimentele onderneming was bedoeld om de theoretische clusterstatus binnen ⁸ te onderzoeken en te onderzoeken Hij.

De focus lag op onderscheidende kenmerken, waaronder de ongrijpbare spinpariteit van de clustertoestand, een ongewoon aanzienlijke isoscalaire monopoolovergangssterkte en de emissie van een sterk gecorreleerd neutronenpaar.

"Samen met de modernste theoretische berekeningen leveren onze resultaten sterk bewijs dat de vier valentieneutronen in de 0₂ ⁺ opgewonden toestand van ⁸ Hij kan twee sterk gecorreleerde neutronenparen vormen (dineutronclusters) en verder een exotische condensaatachtige clusterstructuur vormen", legt prof. Yanlin Ye, tweede auteur van het onderzoek, uit.

Deze prestatie valideert niet alleen theoretische voorspellingen, maar onderstreept ook de vindingrijkheid die vereist is bij experimenteel ontwerp om door de fijne kneepjes van de kernfysica te navigeren.

Daarover gesproken zei Prof. Yang:“Een onmiddellijke implicatie van onze bevinding is dat onstabiele kernen die op de grens van stabiliteit liggen, exotische structuren kunnen vertonen die verschillen van de conventionele beelden van enkelvoudige deeltjes of schillen, die oproepen tot verbetering van nucleaire structuren. structuurtheorieën."

"Bovendien laten onze resultaten zien dat de structuur van deze 0₂, hoewel de kern in essentie bestaat uit fermionische nucleonen (protonen en neutronen), ⁺ niettemin is de toestand bosonisch – een BEC-analoge clustertoestand – bestaande uit twee dineutronenclusters en één alfacluster."

Neutronensterren en pulsars

De waargenomen 0₂ ⁺ status van ⁸ Hij heeft implicaties die verder gaan dan de kern- en kwantumfysica. Het is van grote betekenis voor ons begrip van astrofysische verschijnselen, met name het afkoelingsproces van neutronensterren en glitches in pulsars.

Dr. Yang lichtte het mogelijke verband tussen de 0₂ toe ⁺ staats- en neutronensterren. De waargenomen condensaatachtige clusterstructuur komt overeen met het veronderstelde begin van neutronensuperfluïditeit in het binnenste van neutronensterren. Dit fenomeen lijkt op de condensatie van elektronen-Cooper-paren in supergeleiders.

"Hoewel we een echte neutronenster niet kunnen bezoeken om de dichte neutronenrijke materie te verkrijgen, kunnen de eigenschappen ervan worden afgeleid uit experimenten met eindige kernen in het laboratorium."

"De 0₂ ⁺ Deze toestand, gekenmerkt door zijn unieke clusterconfiguratie, biedt waardevolle inzichten in de vorming van een condensatietoestand van neutronenparen. Belangrijk is dat dit een voorloper zou kunnen zijn van een macroscopisch condensaat van neutronenparen in neutronenrijke systemen, waaronder neutronensterren”, legde hij uit.

Dit verband tussen kernfysica en astrofysica vergroot niet alleen ons begrip van exotische nucleaire structuren, maar draagt ​​ook bij aan het ontrafelen van de mysteries van kosmische verschijnselen, en werpt licht op de ingewikkelde wisselwerking tussen de microscopische wereld van kernen en de macroscopische rijken van neutronensterren en pulsars. /P>

Bij het visualiseren van het pad voorwaarts verwachten de onderzoekers dat ze hun metingen zullen uitbreiden naar andere neutronenrijke kernen die rond de neutronendruppellijn liggen (de bestaansgrens op de nucleaire kaart).

"We zijn vooral geïnteresseerd in hoe de condensaatachtige clusterstructuur evolueert met meer dineutronenclusters. Het onderzoeken van systemen die puur uit neutronen bestaan, zoals tetraneutronen en hexaneutronen, voegt intriges toe."

"De productie en identificatie van dergelijke toestanden zijn een uitdaging, maar de bouw van wereldwijde faciliteiten voor radioactieve ionenbundels en nieuwe detectorsystemen biedt goede kansen", concludeerde prof. Ye.

Meer informatie: Z. H. Yang et al., Observatie van het exotische 0₂ ⁺ Clusterstatus in ⁸ Hij, Fysieke beoordelingsbrieven (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.242501

Journaalinformatie: Fysieke beoordelingsbrieven

© 2023 Science X Netwerk