Alat baru di Makmal Kebangsaan Argonne Jabatan Tenaga AS (JAS) telah membuat pengukuran yang sangat tepat bagi nukleus ruthenium yang tidak stabil. Pengukuran tersebut merupakan peristiwa penting dalam fizik nuklear kerana ia sepadan dengan ramalan yang dibuat oleh model nuklear yang canggih.
"Sangat sukar bagi model teori untuk meramalkan sifat-sifat nukleus yang kompleks dan tidak stabil, " kata Bernhard Maass, penolong ahli fizik di Argonne dan pengarang utama kajian itu. "Kami telah menunjukkan bahawa kelas model lanjutan boleh melakukan ini dengan tepat. Keputusan kami membantu untuk mengesahkan model."
Mengesahkan model boleh membina kepercayaan dalam ramalan mereka tentang proses astrofizik. Ini termasuk pembentukan, evolusi dan letupan bintang di mana unsur dicipta.
Kajian itu diterbitkan dalamSurat Semakan Fizikal.
Keperluan untuk mengesahkan model teori
Ahli fizik nuklear sedang membangunkan model teori yang lebih maju untuk meramalkan dengan tepat sifat nukleus atom yang tidak stabil dengan struktur, bentuk dan daya yang rumit. Model sedemikian berpotensi untuk memperdalam pemahaman kita tentang kerja dalaman nukleus atom.
Walau bagaimanapun, adalah penting untuk menunjukkan ketepatan model ini sebelum ia boleh digunakan untuk menolak sempadan sains. Ini memerlukan tugas yang sukar untuk mengumpul -ukuran dunia yang tepat dan sebenar bagi nukleus kompleks dan membandingkan ukuran dengan ramalan model.
Ruthenium ialah elemen ideal untuk mengesahkan model teori lanjutan. Logam nadir ini mempunyai isotop-atom unsur yang sama dengan bilangan neutron yang berbeza dan kestabilan yang berbeza-beza-yang diketahui mempunyai nukleus dengan struktur dan bentuk yang kompleks. Terdapat satu siri isotop rutenium radioaktif yang tidak stabil dipercayai mempunyai bentuk triaksial, serupa dengan badam atau biji kopi.
Mengukur sifat rutenium
Pasukan penyelidik menggunakan alat Argonne Tandem Hall Laser Beamline untuk Atom and Ion Spectroscopy (ATLANTIS) untuk mengukur sembilan isotop rutenium radioaktif. Peranti baharu ini telah dipasang di Argonne Tandem Linac Accelerator System (ATLAS).
ATLAS ialah kemudahan pengguna DOE di Argonne dengan pemecut linear superkonduktor yang direka untuk mengkaji sifat nukleus.
Para penyelidik mendapat akses kepada isotop rutenium radioaktif daripada instrumen ATLAS yang lain, Californium Rare Isotope Breeder Upgrade (CARIBU). CARIBU boleh menghantar rutenium radioaktif melalui pembelahan sejumlah kecil californium-unsur yang jarang ditemui dan sangat radioaktif.
"Isotop ruthenium yang kami pelajari hanya bertahan sesaat sebelum mereput menjadi unsur lain," kata Maass. "ATLANTIS melakukan teknik yang dipanggil spektroskopi laser kolinear. Ia membolehkan kami mengumpul ukuran pada jumlah yang sangat kecil isotop ini dalam masa kurang dari satu saat."
Menggunakan ATLANTIS, para penyelidik mengarahkan pancaran laser di sepanjang laluan yang sama seperti pancaran atom rutenium. Pada frekuensi laser tertentu, atom teruja dan mula pendarfluor, menunjukkan bahawa foton cahaya dipancarkan. Pasukan itu mengenal pasti frekuensi laser di mana pelepasan foton memuncak. Proses ini diulang untuk sembilan isotop rutenium. Bagi setiap isotop, puncak pelepasan beralih kepada frekuensi yang sedikit berbeza.
"Kita boleh menggunakan anjakan isotop ini untuk memperoleh perbezaan dalam saiz nuklear isotop, " kata Maass.
Pasukan ini membandingkan perubahan saiz ini dengan ramalan dari Brussels-Skyrme-pada-a-model Grid (BSkG), yang merupakan antara yang paling maju di dunia untuk struktur nuklear. Tidak seperti model nuklear tradisional yang lebih lama, ia menyumbang kepada daya dan interaksi khusus antara semua neutron dan proton dalam nukleus.
Para penyelidik mendapati persetujuan yang sangat baik antara keputusan dan ramalan mereka daripada model BSkG, menunjuk kepada keteguhan model.
Terutama, dalam usaha untuk membolehkan pengukuran yang tepat, pasukan itu juga memajukan teknologi spektroskopi laser kolinear. Secara khusus, mereka membangunkan dan melaksanakan teknik baru yang berkesan yang meneutralkan pancaran atom dan "mengumpulkannya" menjadi denyutan.
Temui yang terkini dalam sains, teknologi dan ruang dengan lebih100,000 pelangganyang bergantung pada Phys.org untuk mendapatkan cerapan harian. Daftar untuk surat berita percuma kami dan dapatkan kemas kini tentang penemuan, inovasi dan penyelidikan yang penting-harian atau mingguan.
Langgan
Implikasi untuk astrofizik
Kajian menunjukkan bahawa model BSkG boleh membuat ramalan nukleus triaksial yang tidak stabil dengan ketepatan yang luar biasa. Model berkuasa sedemikian boleh membantu ahli astrofizik memberi penerangan tentang cara alam semesta berfungsi.
"Ahli astrofizik tahu bahawa nukleus radioaktif yang tidak stabil memainkan peranan penting dalam pembentukan bintang dan unsur di alam semesta, " kata Maass.
"Untuk lebih memahami alam semesta kita, kita perlu tahu bagaimana nukleus distrukturkan dan bagaimana ia berinteraksi. Kita perlu dapat meramalkan sifat nukleus eksotik yang tidak boleh dihasilkan dalam pemecut zarah moden."
Tiga daripada pengarang kajian membangunkan model BSkG: Wouter Ryssens dan Guilherme Grams, kedua-duanya dari Université libre de Bruxelles di Belgium, dan Michael Bender dari Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon di Perancis.
Selain Maass, Ryssens, Grams dan Bender, eksperimen dan pembinaan ATLANTIS adalah kerjasama di kalangan penyelidik dari Argonne (Daniel Burdette, Jason Clark, Peter Mueller, Daniel Santiago-Gonzalez, Guy Savard dan Adrian Valverde), Universiti Teknikal Darmstadt di Jerman dan Facility Beams Rare Isotope University di Michigan State University.
ATLANTIS tersedia untuk institusi yang bekerjasama untuk melakukan pengukuran spektroskopi laser kolinear untuk pelbagai keperluan penyelidikan. Untuk meneroka peluang kerjasama, hubungi Maass.
