Группа исследователей использовала оборудование, изначально предназначенное для астрономических наблюдений, чтобы зафиксировать трансформации в ядерной структуре атомных ядер, сообщается в новом исследовании в журнале Scientific Reports.
Ядро состоит из протонов и нейтронов. В природе существует около 270 стабильных ядер, но это число подскакивает до 3 000, если включить в него нестабильные ядра. Недавние исследования нестабильных ядер позволили обнаружить явления, не наблюдаемые в стабильных ядрах, включая аномалии в энергетических уровнях, исчезновение магических чисел и появление новых магических чисел.
Для изучения этих структурных изменений важно определить квантовые состояния, внутреннюю энергию, спин и чётность состояния. Традиционные методы были ограничены сложностью баланса между чувствительностью и эффективностью обнаружения при анализе электромагнитных характеристик переходов.
Теперь исследователи используют свою многослойную полупроводниковую камеру Комптона для регистрации поляризации гамма-лучей, испускаемых атомными ядрами. Это позволяет выявить внутреннюю структуру атомных ядер.
Этот метод значительно снижает неопределённость в определении спина и чётности квантовых состояний в редких атомных ядрах, позволяя фиксировать трансформации в ядерной структуре.
Камера Комптона оснащена полупроводниковым датчиком изображения из теллурида кадмия (CdTe), который изначально был разработан для астрономических наблюдений. Он обладает высокой эффективностью обнаружения и точностью определения положения. Исследовательская группа использовала эту камеру в экспериментах по ядерной спектроскопии, контролируя положение и интенсивность гамма-излучения от мишени искусственным путём, что позволило провести детальный анализ событий рассеяния и реализовать высокочувствительное измерение поляризации.
Исследователи воспользовались точностью позиционирования датчика изображения пиксельного типа и использовали эксперименты на ускорителе RIKEN Pelletron для оценки работы камеры. Пучки протонов направлялись на мишень из тонкой железной плёнки, в результате чего возникало первое возбуждённое состояние ядер 56Fe. Измерялось испускаемое гамма-излучение, что позволило выявить пиковую структуру.
Команде удалось извлечь распределение азимутального угла рассеяния. Была получена удивительно высокая чувствительность для улавливания поляризации гамма-излучения с надёжной эффективностью обнаружения. Такие характеристики крайне важны для изучения структуры редких радиоактивных ядер.
Это исследование может открыть путь к более глубокому пониманию фундаментальных принципов, лежащих в основе формирования Вселенной и свойств материи, включая процесс распада магических чисел в экзотических, нестабильных ядрах.
