Gennembrud inden for nuklear forskning: Muonisk helium-3 afslører hemmeligheder!

Gennembrud inden for nuklear forskning: Muonisk helium-3 afslører hemmeligheder!

Et forskerhold ledet af prof. Dr. Randolf Pohl fra Johannes Gutenberg University Mainz har opnået et betydeligt gennembrud i måling af de grundlæggende egenskaber ved atomkerner. I eksperimenter udført på Paul Scherrer Instituttet i Schweiz lykkedes det forskerne at måle ladningsradius af muonisk helium-3 med hidtil uset præcision. Resultaterne af denne undersøgelse blev offentliggjort den 23. maj 2025 i det anerkendte tidsskrift Science Det rapporterer uni-mainz.de.

Myoisk helium-3, som består af to protoner og en neutron, er væsentligt forskellig fra almindelig helium, fordi elektronen er erstattet af en myon. Denne myon er omkring 200 gange tungere end en elektron og tillader mere præcise målinger af kernestrukturen, fordi dens store masse øger overlapningen af ​​bølgefunktionen med kernen. Den nyligt bestemte værdi for ladningsradius af muonisk helium-3 er 1,97007 ± 0,00097 femtometer, hvilket gør den femten gange mere nøjagtig end tidligere målinger. arxiv.org.

Præcise målinger og deres betydning

Forskning for at bestemme ladningsradius er af central betydning, fordi præcise værdier for atomkerner er afgørende for at bestemme naturens fundamentale konstanter og søgen efter nye fysiske fænomener. Resultaterne viser god overensstemmelse mellem de muoniske helium-3 målinger og tidligere resultater opnået på normalt helium i Amsterdam. Forskellene mellem ladningsradierne for helium-3 og helium-4 blev også præcist bestemt, hvilket indikerer metodikkens høje nøjagtighed.

Holdet, herunder videnskabsmænd Prof. Dr. Sonia Bacca, Prof. Dr. Marc Vanderhaeghen og Dr. Franziska Hagelstein, har demonstreret tæt samarbejde i PRISMA+ Cluster of Excellence ved at kombinere teoretiske beregninger og eksperimentelle data. Fremtidige planer omfatter undersøgelse af atomkerner fra lithium til neon ved hjælp af nye typer røntgendetektorer for at opnå endnu mere præcise resultater.

Sammenligning med andre forskningsresultater

Den nye måling af ladningsradius for helium-3 kommer i forbindelse med aktiv forskning i strukturen af ​​atomkerner. Især laserspektroskopi har vist sig at være et værdifuldt værktøj, ikke kun for brint, men også for deuterium og andre heliumisotoper. Det gælder også målingerne af muonisk deuterium og muonisk helium-4, hvorfra data i øjeblikket analyseres, som f.eks. mpg.de rapporterer.

Præcisionen af ​​den nye ladningsradius for helium-3 har også en vigtig rolle i benchmark-scoringen, som er vigtig for teorier med få nukleoner. Især at kombinere disse målinger med tidligere arbejde med strukturen af ​​helium-4 og andre lette kerner vil være afgørende for yderligere at forfine fysiske modeller.