Точные измерения массы атомных ядер раскрывают структуру гало протона
Первые точные измерения масс нескольких экзотических атомных ядер
Исследователи из Института современной физики (IMP) Китайской академии наук совместно со своими коллегами добились первых точных измерений массы нескольких экзотических атомных ядер. Используя эти данные о массе, они определили протонную границу для элементов алюминия, фосфора, серы и аргона и предложили новый подход к раскрытию структур протонного гало.
Атомное ядро — это квантовая многочастичная система, состоящая из протонов и нейтронов, обычно имеющая размер, аналогичный размеру соседних ядер. Гало — это экзотическая ядерная структура, обнаруженная в слабосвязанных ядрах, характеризующаяся одним или несколькими валентными нуклонами, которые демонстрируют расширенное пространственное распределение, что приводит к радиусу, значительно большему, чем у соседних ядер.
В предыдущих экспериментальных исследованиях нейтронные гало наблюдались чаще, тогда как протонные гало встречались реже.
«Экспериментально наблюдать ядра протонного гало сложно, поскольку кулоновский барьер ограничивает образование структур протонного гало», — сказал Ю Юэ, аспирант из IMP и соавтор исследования. «Однако с помощью точных ядерных масс мы смогли обнаружить признаки протонного гало».
Исследователи провели эксперимент на кольце-накопителе Cooler Storage Ring (CSRe) в исследовательском центре тяжелых ионов в Ланьчжоу (HIRFL). Используя недавно разработанную технику изохронной масс-спектроскопии, определяемую Bρ, они впервые определили массы нескольких экзотических атомных ядер, включая кремний-23, фосфор-26, серу-27 и аргон-31. Они также улучшили точность определения массы серы-28 в 11 раз.
Высокоточные данные о массе позволили исследователям определить местоположение протонной линии для алюминия, фосфора, серы и аргона.
Используя новые массы, исследователи извлекли физическую величину, известную как зеркальные энергетические различия. «Мы предполагаем, что зеркальные энергетические различия, которые связаны исключительно с атомными массами, могут быть использованы для исследования структур протонного гало», — сказал доцент Син Юаньмин из IMP, соавтор исследования.
С помощью этого нового метода ученые обнаружили нарушение симметрии изоспина в некоторых (близких) ядрах протонной капельной линии. Дальнейшее исследование показало, что это должно быть связано с существованием структур протонного гало в этих ядрах, вывод, который был подкреплен соответствующими теоретическими расчетами.
Экспериментальные результаты подтверждают существование протонных гало в ядрах-кандидатах, таких как фосфор-26 и -27, а также сера-27 и -28, предполагая, что аргон-31 может быть новым ядром с двойным протонным гало. Исследование также проясняет, что основное состояние алюминия-22 не демонстрирует структуру протонного гало. Эти результаты проливают свет на потенциальные экспериментальные и теоретические исследования ядер с протонным гало.
Исследование предполагает, что различия в энергии зеркал могут служить чувствительным индикатором для обнаружения нарушения симметрии изоспина и выявления структур протонного гало. Ожидается, что этот новый подход облегчит дальнейшие исследования в смежных областях.
Результаты были опубликованы в журнале Physical Review Letters.