Ανακάλυψη στην πυρηνική έρευνα: Μυονικό ήλιο-3 αποκαλύπτει μυστικά!

Ανακάλυψη στην πυρηνική έρευνα: Μυονικό ήλιο-3 αποκαλύπτει μυστικά!

Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Δρ Randolf Pohl από το Πανεπιστήμιο Johannes Gutenberg του Mainz πέτυχε μια σημαντική ανακάλυψη στη μέτρηση των θεμελιωδών ιδιοτήτων των ατομικών πυρήνων. Σε πειράματα που πραγματοποιήθηκαν στο Ινστιτούτο Paul Scherrer στην Ελβετία, οι επιστήμονες κατάφεραν να μετρήσουν την ακτίνα φορτίου του μιονικού ηλίου-3 με πρωτοφανή ακρίβεια. Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης δημοσιεύτηκαν στις 23 Μαΐου 2025 στο φημισμένο περιοδικό Science αναφέρει το uni-mainz.de.

Το μυοϊκό ήλιο-3, το οποίο αποτελείται από δύο πρωτόνια και ένα νετρόνιο, είναι σημαντικά διαφορετικό από το κανονικό ήλιο επειδή το ηλεκτρόνιο αντικαθίσταται από ένα μιόνιο. Αυτό το μιόνιο είναι περίπου 200 φορές βαρύτερο από ένα ηλεκτρόνιο και επιτρέπει πιο ακριβείς μετρήσεις της πυρηνικής δομής επειδή η μεγάλη του μάζα αυξάνει την επικάλυψη της κυματικής συνάρτησης με τον πυρήνα. Η πρόσφατα προσδιορισμένη τιμή για την ακτίνα φόρτισης του μιονικού ηλίου-3 είναι 1,97007 ± 0,00097 femtometers, καθιστώντας την δεκαπέντε φορές πιο ακριβή από τις προηγούμενες μετρήσεις, σύμφωνα με πληροφορίες arxiv.org.

Ακριβείς μετρήσεις και η σημασία τους

Η έρευνα για τον προσδιορισμό της ακτίνας φορτίου είναι κεντρικής σημασίας επειδή οι ακριβείς τιμές για τους ατομικούς πυρήνες είναι απαραίτητες για τον προσδιορισμό των θεμελιωδών σταθερών της φύσης και την αναζήτηση νέων φυσικών φαινομένων. Τα αποτελέσματα δείχνουν καλή συμφωνία μεταξύ των μετρήσεων του μιονικού ηλίου-3 και των προηγούμενων αποτελεσμάτων που ελήφθησαν στο κανονικό ήλιο στο Άμστερνταμ. Οι διαφορές μεταξύ των ακτίνων φορτίου του ηλίου-3 και του ηλίου-4 προσδιορίστηκαν επίσης με ακρίβεια, υποδεικνύοντας την υψηλή ακρίβεια της μεθοδολογίας.

Η ομάδα, συμπεριλαμβανομένων των επιστημόνων Καθ. Δρ. Sonia Bacca, Καθ. Δρ. Marc Vanderhaeghen και Δρ. Franziska Hagelstein, έχει επιδείξει στενή συνεργασία στο PRISMA+ Cluster of Excellence συνδυάζοντας θεωρητικούς υπολογισμούς και πειραματικά δεδομένα. Τα μελλοντικά σχέδια περιλαμβάνουν την εξέταση ατομικών πυρήνων από λίθιο έως νέον χρησιμοποιώντας νέους τύπους ανιχνευτών ακτίνων Χ για να επιτευχθούν ακόμη πιο ακριβή αποτελέσματα.

Σύγκριση με άλλα ερευνητικά αποτελέσματα

Η νέα μέτρηση της ακτίνας φορτίου του ηλίου-3 έρχεται στο πλαίσιο της ενεργούς έρευνας για τη δομή των ατομικών πυρήνων. Η φασματοσκοπία λέιζερ συγκεκριμένα έχει αποδειχθεί πολύτιμο εργαλείο, όχι μόνο για το υδρογόνο, αλλά και για το δευτερίου και άλλα ισότοπα ηλίου. Αυτό ισχύει και για τις μετρήσεις του μιονικού δευτερίου και του ηλίου-4, τα δεδομένα από τα οποία αναλύονται αυτή τη στιγμή, όπως π.χ. αναφέρει το mpg.de.

Η ακρίβεια της νέας ακτίνας φορτίου για το ήλιο-3 έχει επίσης σημαντικό ρόλο στη βαθμολογία αναφοράς, η οποία είναι σημαντική για θεωρίες με λίγα νουκλεόνια. Συγκεκριμένα, ο συνδυασμός αυτών των μετρήσεων με προηγούμενες εργασίες σχετικά με τη δομή του ηλίου-4 και άλλων ελαφρών πυρήνων θα είναι κρίσιμος για την περαιτέρω βελτίωση των φυσικών μοντέλων.