Пробив в ядрените изследвания: Муонен хелий-3 разкрива тайни!

Пробив в ядрените изследвания: Муонен хелий-3 разкрива тайни!

Изследователски екип, ръководен от проф. д-р Рандолф Пол от университета Йоханес Гутенберг в Майнц, постигна значителен пробив в измерването на фундаменталните свойства на атомните ядра. В експерименти, проведени в института Paul Scherrer в Швейцария, учените успяха да измерят радиуса на заряда на мюонния хелий-3 с безпрецедентна прецизност. Резултатите от това проучване са публикувани на 23 май 2025 г. в реномираното списание Science съобщава uni-mainz.de.

Миоичният хелий-3, който се състои от два протона и неутрон, е значително различен от обикновения хелий, тъй като електронът е заменен от мюон. Този мюон е около 200 пъти по-тежък от електрон и позволява по-прецизни измервания на ядрената структура, тъй като голямата му маса увеличава припокриването на вълновата функция с ядрото. Новоопределената стойност за радиуса на заряда на мюонния хелий-3 е 1,97007 ± 0,00097 фемтометъра, което го прави петнадесет пъти по-точен от предишните измервания, информира arxiv.org.

Прецизни измервания и тяхното значение

Изследванията за определяне на радиуса на заряда са от централно значение, тъй като точните стойности за атомните ядра са от съществено значение за определяне на основните константи на природата и търсенето на нови физически явления. Резултатите показват добро съответствие между измерванията на мюонен хелий-3 и предишни резултати, получени върху нормален хелий в Амстердам. Разликите между радиусите на заряда на хелий-3 и хелий-4 също бяха прецизно определени, което показва високата точност на методологията.

Екипът, включващ учените проф. д-р Sonia Bacca, проф. д-р Marc Vanderhaeghen и д-р Franziska Hagelstein, демонстрира тясно сътрудничество в PRISMA+ Cluster of Excellence чрез комбиниране на теоретични изчисления и експериментални данни. Бъдещите планове включват изследване на атомни ядра от литий до неон с помощта на нови видове рентгенови детектори за постигане на още по-прецизни резултати.

Сравнение с други резултати от изследвания

Новото измерване на радиуса на заряда на хелий-3 идва в контекста на активните изследвания на структурата на атомните ядра. По-специално лазерната спектроскопия се оказа ценен инструмент не само за водорода, но и за деутерия и други изотопи на хелий. Това важи и за измерванията на мюонен деутерий и мюонен хелий-4, данните от които в момента се анализират, като напр. съобщава mpg.de.

Прецизността на новия радиус на заряда за хелий-3 също има важна роля в оценката на бенчмарка, което е важно за теории с малко нуклони. По-специално, комбинирането на тези измервания с предишна работа върху структурата на хелий-4 и други леки ядра ще бъде от решаващо значение за по-нататъшното усъвършенстване на физическите модели.