Průlom v jaderném výzkumu: Muonic helium-3 odhaluje tajemství!

Průlom v jaderném výzkumu: Muonic helium-3 odhaluje tajemství!

Výzkumný tým vedený prof. Dr. Randolfem Pohlem z Johannes Gutenberg University Mainz dosáhl významného průlomu v měření základních vlastností atomových jader. V experimentech prováděných v Paul Scherrer Institute ve Švýcarsku se vědcům podařilo změřit poloměr náboje mionového helia-3 s nebývalou přesností. Výsledky této studie byly publikovány 23. května 2025 v renomovaném časopise Science Informuje o tom uni-mainz.de.

Myoické helium-3, které se skládá ze dvou protonů a neutronu, se výrazně liší od běžného hélia, protože elektron je nahrazen mionem. Tento mion je asi 200krát těžší než elektron a umožňuje přesnější měření struktury jádra, protože jeho velká hmotnost zvyšuje překrytí vlnové funkce s jádrem. Nově stanovená hodnota poloměru náboje mionového helia-3 je 1,97007 ± 0,00097 femtometrů, což je patnáctkrát přesnější než předchozí měření. arxiv.org.

Přesná měření a jejich význam

Výzkum pro určení poloměru náboje má zásadní význam, protože přesné hodnoty pro atomová jádra jsou zásadní pro stanovení základních přírodních konstant a hledání nových fyzikálních jevů. Výsledky ukazují dobrou shodu mezi měřením mionového helia-3 a předchozími výsledky získanými na normálním heliu v Amsterdamu. Rozdíly mezi poloměry náboje helia-3 a helia-4 byly také přesně určeny, což ukazuje na vysokou přesnost metodiky.

Tým, zahrnující vědce Prof. Dr. Sonia Bacca, Prof. Dr. Marc Vanderhaeghen a Dr. Franziska Hagelstein, prokázal úzkou spolupráci v PRISMA+ Cluster of Excellence kombinací teoretických výpočtů a experimentálních dat. Budoucí plány zahrnují zkoumání atomových jader od lithia po neon pomocí nových typů rentgenových detektorů pro dosažení ještě přesnějších výsledků.

Srovnání s jinými výsledky výzkumu

Nové měření poloměru náboje helia-3 přichází v rámci aktivního výzkumu struktury atomových jader. Zejména laserová spektroskopie se ukázala jako cenný nástroj nejen pro vodík, ale také pro deuterium a další izotopy helia. To platí i pro měření mionového deuteria a mionového helia-4, jejichž data se v současnosti analyzují, jako např. Informuje mpg.de.

Přesnost nového poloměru náboje pro helium-3 má také důležitou roli ve srovnávacím hodnocení, které je důležité pro teorie s malým počtem nukleonů. Zejména kombinace těchto měření s předchozí prací na struktuře helia-4 a dalších lehkých jader bude zásadní pro další zdokonalování fyzikálních modelů.