USA energeetikaministeeriumi (DOE) Argonne'i riikliku labori uudne aparaat on teinud ebastabiilsete ruteeniumi tuumade ülitäpseid mõõtmisi. Mõõtmised on tuumafüüsikas oluline verstapost, kuna need vastavad täpselt keeruliste tuumamudelite ennustustele.
"Teoreetilistel mudelitel on väga raske ennustada keeruliste, ebastabiilsete tuumade omadusi," ütles Argonne'i füüsiku assistent ja uuringu juhtiv autor Bernhard Maass. "Oleme näidanud, et täiustatud mudelite klass suudab seda täpselt teha. Meie tulemused aitavad mudeleid kinnitada."
Mudelite valideerimine võib suurendada usaldust nende astrofüüsikaliste protsesside ennustuste vastu. Need hõlmavad tähtede tekkimist, evolutsiooni ja plahvatusi, kus elemente luuakse.
Uuring avaldati aastalFüüsilise ülevaate kirjad.
Vajadus kinnitada teoreetilisi mudeleid
Tuumafüüsikud töötavad välja arenenumaid teoreetilisi mudeleid, et ennustada täpselt keerulise struktuuri, kuju ja jõududega ebastabiilsete aatomituumade omadusi. Sellistel mudelitel on potentsiaali süvendada meie arusaamist aatomituumade sisemisest tööst.
Siiski on oluline näidata nende mudelite täpsust, enne kui neid saab kasutada teaduse piiride nihutamiseks. See nõuab keeruliste tuumade täpsete tegelike mõõtmiste kogumist ja mõõtmiste võrdlemist mudelite prognoosidega.
Ruteenium on ideaalne element täiustatud teoreetiliste mudelite kinnitamiseks. Sellel haruldasel metallil on isotoobid{1}}sama elemendi aatomid, millel on erinev arv neutroneid ja erinev stabiilsus-, millel on teadaolevalt keeruka struktuuri ja kujuga tuumad. On mitmeid ebastabiilseid radioaktiivseid ruteeniumi isotoope, millel arvatakse olevat kolmeteljeline kuju, mis sarnaneb mandli või kohvioaga.
Ruteeniumi omaduste mõõtmine
Uurimisrühm kasutas üheksa radioaktiivse ruteeniumi isotoobi mõõtmiseks Argonne Tandem Hall Laser Beamline for Atom and Ion Spectroscopy (ATLANTIS) aparaati. See uus seade paigaldati Argonne Tandem Linaci kiirendussüsteemi (ATLAS).
ATLAS on Argonne'is asuv DOE kasutajaseade, millel on ülijuhtiv lineaarne kiirendi, mis on loodud tuumade omaduste uurimiseks.
Teadlased said juurdepääsu radioaktiivsetele ruteeniumi isotoopidele teisest ATLASe instrumendist, Californium Rare Isotope Breeder Upgrade'ist (CARIBU). CARIBU suudab tarnida radioaktiivset ruteeniumi väikese koguse kaliforniumi{1}}haruldase ja väga radioaktiivse elemendi lõhustamise teel.
"Uuritud ruteeniumi isotoobid kestavad vaid sekundi, enne kui lagunevad teisteks elementideks," ütles Maass. "ATLANTIS teostab tehnikat, mida nimetatakse kolineaarseks laserspektroskoopiaks. See võimaldab meil koguda mõõtmisi nende isotoopide väga väikestes kogustes vähem kui sekundiga."
ATLANTISe abil suunasid teadlased laserkiire ruteeniumiaatomite kiirtega samale teele. Teatud laserisagedustel ergastusid aatomid ja hakkasid fluorestseeruma, mis näitab valgusfootonite kiirgamist. Meeskond tuvastas laseri sagedused, mille juures footonite emissioon saavutas haripunkti. Seda protsessi korrati üheksa ruteeniumi isotoobi puhul. Iga isotoobi puhul nihkus emissioonipiik veidi erinevale sagedusele.
"Me saame seda isotoopide nihet kasutada isotoopide tuumasuuruste erinevuste tuletamiseks, " ütles Maass.
Meeskond võrdles neid suuruse muutusi Brüsseli -Skyrme-ennustustega-a-Grid (BSkG) mudelite kohta, mis on tuumastruktuuride osas ühed kõige arenenumad maailmas. Erinevalt vanematest traditsioonilistest tuumamudelitest arvestavad need kõigi tuumas olevate neutronite ja prootonite vahelised spetsiifilised jõud ja vastastikmõjud.
Teadlased leidsid suurepärase kokkuleppe nende tulemuste ja BSkG mudelite prognooside vahel, osutades mudelite vastupidavusele.
Eelkõige täiustas meeskond täpsete mõõtmiste võimaldamiseks ka kolineaarse laserspektroskoopia tehnoloogiat. Täpsemalt töötasid nad välja ja rakendasid uusi tõhusaid tehnikaid, mis neutraliseerivad aatomikiire ja "kimbutavad" selle impulssideks.
Avastage uusima teaduse, tehnika ja kosmose vallas100 000 tellijatkes toetuvad saidile Phys.org igapäevase ülevaate saamiseks. Liituge meie tasuta uudiskirjaga ja hankige värskendusi oluliste läbimurrete, uuenduste ja uuringute kohta-iga päev või nädalas.
Telli
Mõju astrofüüsikale
Uuring näitas, et BSkG mudelid suudavad ennustada ebastabiilseid kolmeteljelisi tuumasid märkimisväärse täpsusega. Sellised võimsad mudelid võivad aidata astrofüüsikutel universumi toimimist valgustada.
"Astrofüüsikud teavad, et ebastabiilsetel radioaktiivsetel tuumadel on tähtede ja elementide tekkes universumis oluline roll," ütles Maass.
"Meie universumi paremaks mõistmiseks peame teadma, kuidas tuumad on üles ehitatud ja kuidas nad omavahel suhtlevad. Peame suutma ennustada eksootiliste tuumade omadusi, mida tänapäevaste osakeste kiirenditega ei saa toota."
Kolm uuringu autorit töötasid välja BSkG mudelid: Wouter Ryssens ja Guilherme Grams, mõlemad Université libre de Bruxelles'ist Belgias, ja Michael Bender Prantsusmaal Institut de Physique des 2 Infinis de Lyonist.
Lisaks Maassile, Ryssensile, Gramsile ja Benderile tehti ATLANTISe katsete ja ehitamisega koostööd Argonne'i (Daniel Burdette, Jason Clark, Peter Mueller, Daniel Santiago{0}}Gonzalez, Guy Savard ja Bedrian Valverde), Saksamaal Raamsre Isotcility osariigi Tehnikaülikooli Darmstadtil ja Fachiganope osariigi teadlaste vahel.
ATLANTIS on saadaval koostööd tegevatele asutustele, et teha kolineaarseid laserspektroskoopilisi mõõtmisi mitmesuguste uurimisvajaduste jaoks. Koostöövõimaluste uurimiseks võtke ühendust Maassiga.
