Une équipe de chercheurs de l'installation de faisceaux d'isotopes rares (FRIB) de la Michigan State University (MSU) a découvert que les isotopes du COBALT-70 forment des formes nucléaires différentes lorsque leur niveau d'énergie diffère légèrement. Les résultats, publiés dans Physique des communications de la natureéclairer la nature dynamique et complexe des particules nucléaires exotiques.
L'équipe comprenait Artemis Spyrou, professeur de physique à l'établissement des rares faisceaux isotopes (FRIB) et au département de physique et d'astronomie de MSU, Sean Liddick, professeur agrégé de chimie à Frib et au département de chimie de MSU et à Cade Department Nuclear Science à Frib, ancienne assise de recherche étudiante FRIB. Dembski, travaillant maintenant sur son doctorat. à l'Université de Notre Dame, a été l'auteur principal du journal.
« Lorsque nous avons commencé ce projet, il était motivé par le côté astrophysique de la recherche en science nucléaire, au lieu de se concentrer sur la structure nucléaire », a déclaré Dembski. « Alors que nous poursuivions notre analyse des données, nous ne pouvions pas très bien comprendre tous les modèles que nous voyions. Il s'est avéré que la raison était due à des effets de structure nucléaire intéressants auxquels nous ne nous attendions pas, et nous avons fini par écrire l'article sur ces effets. »
L'équipe a utilisé le détecteur NAI (SON) au Summing NAI au National Superconduct Cyclotron Laboratory, Frib's Prédécesseur, pour mener son étude. Ils ont trouvé des états sphériques et déformés de COBALT-70 dans l'expérience. Les résultats ont montré que l'isotope exotique de courte durée existe finalement comme transition entre les isotopes du chrome avec un nombre atomique similaire et les états terrestres sphériques des isotopes de nickel riche en neutrons.
Comprendre la coexistence de la forme aide à aiguiser les études sur les noyaux exotiques
Dans la physique nucléaire, les chercheurs se concentrent depuis longtemps sur l'étude des noyaux avec des «nombres magiques» de protons ou de neutrons. Les noyaux avec des nombres magiques démontrent plus de stabilité que leurs voisins atomiques, ce qui signifie qu'ils sont plus lents à se dégrader. Ces noyaux diffèrent de leurs voisins et les chercheurs ont longtemps focalisé les recherches sur leurs propriétés.
Les isotopes avec un nombre magique de protons et de neutrons ont généralement des formes sphériques à l'état fondamental. Cependant, les fluctuations d'énergie mineures peuvent parfois provoquer l'adoption du même noyau. Ce phénomène, connu sous le nom de coexistence de forme, aide les chercheurs à étudier comment différentes formes peuvent exister dans le même noyau. Ces formes aident les scientifiques à mieux comprendre le comportement atomique complexe dans les systèmes exotiques.
« Nous voulons comprendre la forme du noyau en fonction de ses nombres de protons et de neutrons », a déclaré Liddick. « La plupart des gens considèrent le noyau comme une sphère, mais nous savons que la forme des noyaux peut varier un peu. Et dans certains cas, deux formes différentes coexistent à des énergies relativement étroites. Il est important pour nous de comprendre cette interaction, car dans les régions où cela se produit, nous voyons beaucoup de changement dans la structure du noyau sur un petit nombre de proton et de neutrons. »
Dans son enquête, l'équipe a étudié la chaîne de décomposition nucléaire de Iron-70 à Cobalt-70 puis à Nickel-70. L'équipe a utilisé une technique appelée spectroscopie d'absorption totale (TAS). Lorsque les chercheurs tirent un faisceau à haute énergie sur une cible stationnaire dans un accélérateur de particules, ils produisent divers isotopes. Les chercheurs sélectionnent ensuite un sous-ensemble pour étudier, qui sont envoyés à l'équipement expérimental qui permet aux scientifiques de tracer les rayons gamma après leurs désintégrations respectives.
Les scientifiques utilisent de petits détecteurs spécialisés qui capturent l'énergie gamma qui sort du noyau en décomposition. Dans ce cas, cependant, l'équipe devait se concentrer davantage sur l'énergie totale émise au cours de l'expérience.
« Les détecteurs de petite taille sont bien meilleurs pour identifier l'énergie de ces rayons gamma, mais il est difficile de dire exactement d'où viennent ces rayons gamma », a déclaré Spyrou, projet de projet.
« En utilisant TAS, nous utilisons un détecteur de grand volume. Le but n'est pas d'identifier l'énergie de chaque rayon gamma, mais plutôt de résumer toute l'énergie provenant de la décroissance. Si je capture tous les rayons gamma de cette manière, je peux vous dire exactement d'où ils ont commencé. C'est l'avantage de notre technique, parce que si nous voulons faire attention à la décomposition de la forme de la forme de la forme de la forme.
L'équipe a utilisé le soleil pour la technique TAS. Ce qu'ils ont trouvé les ont surpris: dans son analyse des données, l'équipe a trouvé des particules de cobalt-70 présentant des états sphériques et déformés. Ces noyaux ont démontré la coexistence de la forme et l'ont fait avec l'une des plus petites différences d'énergie enregistrées lors de la documentation de ce phénomène. La découverte fournit non seulement un test solide pour les modèles nucléaires à la grande portée de notre compréhension de la structure nucléaire, mais elle offre également une motivation supplémentaire pour les chercheurs à étudier d'autres isotopes à proximité.
Dembski a commencé à travailler avec Spyrou's Sun Group en tant qu'étudiant de premier cycle à MSU. Alors que l'expérience originale de l'équipe s'est concentrée sur la recherche astrophysique au lieu de la théorie de la structure nucléaire, ces résultats inattendus ont intrigué Dembski.
« Ce travail avait une façon de détourner à ce projet de structure nucléaire très pure », a-t-il déclaré. « Au moment où nous avons pu nous concentrer dessus, j'ai été très investi dedans, car je suis intéressé par la structure nucléaire plus largement et je pouvais le voir avoir un rôle important dans ma carrière. »
