ABD Enerji Bakanlığı'nın (DOE) Argonne Ulusal Laboratuvarı'ndaki yeni bir cihaz, kararsız rutenyum çekirdeklerinin son derece hassas ölçümlerini yaptı. Ölçümler nükleer fizikte önemli bir kilometre taşıdır çünkü karmaşık nükleer modeller tarafından yapılan tahminlerle yakından örtüşmektedir.
Argonne'da yardımcı fizikçi ve çalışmanın baş yazarı Bernhard Maass, "Teorik modellerin karmaşık, kararsız çekirdeklerin özelliklerini tahmin etmesi çok zordur" dedi. "Gelişmiş modellerden oluşan bir sınıfın bunu doğru bir şekilde yapabildiğini gösterdik. Sonuçlarımız modellerin doğrulanmasına yardımcı oluyor."
Modellerin doğrulanması, astrofiziksel süreçlerle ilgili tahminlerde güven oluşmasını sağlayabilir. Bunlar, elementlerin yaratıldığı yıldızların oluşumunu, evrimini ve patlamalarını içerir.
Çalışma şu tarihte yayınlandı:Fiziksel İnceleme Mektupları.
Teorik modelleri doğrulama ihtiyacı
Nükleer fizikçiler, karmaşık yapılara, şekillere ve kuvvetlere sahip kararsız atom çekirdeklerinin özelliklerini kesin olarak tahmin etmek için daha gelişmiş teorik modeller geliştiriyorlar. Bu tür modeller atom çekirdeğinin iç işleyişine ilişkin anlayışımızı derinleştirme potansiyeline sahiptir.
Ancak bu modellerin bilimin sınırlarını zorlamak için kullanılmadan önce doğruluğunun kanıtlanması önemlidir. Bu, karmaşık çekirdeklerin hassas, gerçek-dünya ölçümlerini toplamak ve ölçümleri modellerin tahminleriyle karşılaştırmak gibi zor bir görevi gerektirir.
Rutenyum ileri teorik modelleri doğrulamak için ideal bir elementtir. Bu nadir metal, karmaşık yapılara ve şekillere sahip çekirdeklere sahip olduğu bilinen, farklı sayıda nötron ve değişken stabiliteye sahip izotoplara-aynı elementin atomlarına- sahiptir. Badem veya kahve çekirdeğine benzer, üç eksenli bir şekle sahip olduğuna inanılan bir dizi kararsız, radyoaktif rutenyum izotopu vardır.
Rutenyumun özelliklerinin ölçülmesi
Araştırma ekibi, dokuz radyoaktif rutenyum izotopunu ölçmek için Argonne Tandem Hall Lazer Işın Hattını Atom ve İyon Spektroskopisi (ATLANTIS) cihazını kullandı. Bu yeni cihaz Argonne Tandem Linac Hızlandırıcı Sistemine (ATLAS) kuruldu.
ATLAS, Argonne'da, çekirdeklerin özelliklerini incelemek için tasarlanmış süper iletken doğrusal hızlandırıcıya sahip bir DOE kullanıcı tesisidir.
Araştırmacılar, başka bir ATLAS cihazı olan Kaliforniyum Nadir İzotop Yetiştirici Yükseltmesinden (CARIBU) radyoaktif rutenyum izotoplarına erişim kazandılar. CARIBU, az miktarda kaliforniyumun ({1}}nadir, oldukça radyoaktif bir element) bölünmesi yoluyla radyoaktif rutenyum sağlayabilir.
Maass, "İncelediğimiz rutenyum izotopları diğer elementlere bozunmadan önce yalnızca bir saniye dayanıyor" dedi. "ATLANTIS, eşdoğrusal lazer spektroskopisi adı verilen bir teknik uyguluyor. Bu izotopların çok küçük miktarları üzerinde bir saniyeden daha kısa sürede ölçümler toplamamıza olanak tanıyor."
ATLANTIS'i kullanan araştırmacılar, bir lazer ışınını rutenyum atomlarından oluşan bir ışınla aynı yol boyunca yönlendirdiler. Belirli lazer frekanslarında atomlar heyecanlandı ve floresan ışık yaymaya başladı, bu da ışık fotonlarının yayıldığını gösteriyordu. Ekip, foton emisyonlarının zirve yaptığı lazer frekanslarını belirledi. Bu işlem dokuz rutenyum izotopu için tekrarlandı. Her izotop için emisyon zirvesi biraz farklı bir frekansa kaydı.
Maass, "Bu izotop kaymasını, izotopların nükleer boyutlarındaki farklılıkları ortaya çıkarmak için kullanabiliriz" dedi.
Ekip, bu boyut değişikliklerini, nükleer yapı açısından dünyanın en gelişmiş modelleri arasında yer alan Brüksel-Skyrme-üzerine-a-Grid (BSkG) modellerinden elde edilen tahminlerle karşılaştırdı. Eski, geleneksel nükleer modellerin aksine, bir çekirdekteki tüm nötronlar ve protonlar arasındaki belirli kuvvetleri ve etkileşimleri açıklarlar.
Araştırmacılar, sonuçları ve BSkG modellerinden elde edilen tahminler arasında mükemmel bir uyum buldular ve bu da modellerin sağlamlığına işaret etti.
Özellikle hassas ölçümler sağlamaya çalışırken ekip aynı zamanda eşdoğrusal lazer spektroskopi teknolojisini de geliştirdi. Spesifik olarak, atom ışınını nötralize eden ve onu darbeler halinde "toplayan" etkili yeni teknikler geliştirdiler ve uyguladılar.
Bilim, teknoloji ve uzaydaki en son gelişmeleri keşfedin100.000 aboneGünlük içgörüler için Phys.org'a güvenenler. Ücretsiz bültenimize kaydolun ve önemli buluşlar, yenilikler ve araştırmalarla ilgili güncellemeler alın-günlük veya haftalık.
Abone
Astrofizik için çıkarımlar
Çalışma, BSkG modellerinin kararsız, üç eksenli çekirdeklere ilişkin tahminleri dikkate değer bir doğrulukla yapabildiğini gösterdi. Bu tür güçlü modeller astrofizikçilerin evrenin nasıl çalıştığına ışık tutmasına yardımcı olabilir.
Maass, "Astrofizikçiler kararsız, radyoaktif çekirdeklerin evrendeki yıldızların ve elementlerin oluşumunda önemli bir rol oynadığını biliyorlar" dedi.
"Evrenimizi daha iyi anlamak için çekirdeklerin nasıl yapılandırıldığını ve nasıl etkileşime girdiklerini bilmemiz gerekiyor. Modern parçacık hızlandırıcılarda üretilemeyen egzotik çekirdeklerin özelliklerini tahmin edebilmemiz gerekiyor."
Çalışmanın yazarlarından üçü BSkG modellerini geliştirdi: Her ikisi de Belçika'daki Université libre de Bruxelles'den Wouter Ryssens ve Guilherme Grams ve Fransa'daki Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon'dan Michael Bender.
ATLANTIS'in deneyleri ve yapımı, Maass, Ryssens, Grams ve Bender'ın yanı sıra Argonne (Daniel Burdette, Jason Clark, Peter Mueller, Daniel Santiago-Gonzalez, Guy Savard ve Adrian Valverde), Almanya'daki Darmstadt Teknik Üniversitesi ve Michigan State Üniversitesi'ndeki Nadir İzotop Işınları Tesisi'nden araştırmacıların işbirliğiyle gerçekleştirildi.
ATLANTIS, çeşitli araştırma ihtiyaçları için ortak doğrusal lazer spektroskopi ölçümleri gerçekleştirmek üzere işbirliği yapan kurumların kullanımına açıktır. İşbirliği fırsatlarını keşfetmek için Maass ile iletişime geçin.
