Läbimurre tuumauuringutes: Muonic heelium-3 paljastab saladused!

Läbimurre tuumauuringutes: Muonic heelium-3 paljastab saladused!

Prof dr Randolf Pohli juhitud uurimisrühm Mainzi Johannes Gutenbergi ülikoolist on saavutanud olulise läbimurde aatomituumade põhiomaduste mõõtmisel. Šveitsis Paul Scherreri instituudis tehtud katsetes õnnestus teadlastel enneolematu täpsusega mõõta müonse heelium-3 laengu raadiust. Selle uuringu tulemused avaldati 23. mail 2025 mainekas ajakirjas Science uni-mainz.de teatab.

Müoiline heelium-3, mis koosneb kahest prootonist ja neutronist, erineb oluliselt tavalisest heeliumist, kuna elektron on asendatud müüoniga. See müüon on elektronist umbes 200 korda raskem ja võimaldab tuumastruktuuri täpsemalt mõõta, kuna selle suur mass suurendab lainefunktsiooni kattumist tuumaga. Müoonse heelium-3 laenguraadiuse äsja määratud väärtus on 1,97007 ± 0,00097 femtomeetrit, mis teeb selle varasematest mõõtmistest viisteist korda täpsemaks. arxiv.org.

Täpsed mõõdud ja nende tähendus

Laengu raadiuse määramise uuringud on keskse tähtsusega, kuna aatomituumade täpsed väärtused on olulised looduse põhikonstantide määramiseks ja uute füüsikaliste nähtuste otsimiseks. Tulemused näitavad head kokkusobivust müoonilise heelium-3 mõõtmiste ja varasemate Amsterdamis tavalise heeliumiga saadud tulemuste vahel. Samuti määrati täpselt kindlaks erinevused heelium-3 ja heelium-4 laenguraadiuste vahel, mis viitab metoodika suurele täpsusele.

Meeskond, kuhu kuuluvad teadlased prof dr Sonia Bacca, prof dr Marc Vanderhaeghen ja dr Franziska Hagelstein, on näidanud tihedat koostööd PRISMA+ tippklastris, ühendades teoreetilisi arvutusi ja eksperimentaalseid andmeid. Tulevikuplaanid hõlmavad aatomituumade uurimist liitiumist neoonini, kasutades uut tüüpi röntgendetektoreid, et saavutada veelgi täpsemaid tulemusi.

Võrdlus teiste uurimistulemustega

Heelium-3 laenguraadiuse uus mõõtmine toimub aatomituumade struktuuri aktiivse uurimistöö kontekstis. Eelkõige on laserspektroskoopia osutunud väärtuslikuks vahendiks mitte ainult vesiniku, vaid ka deuteeriumi ja teiste heeliumi isotoopide jaoks. See kehtib ka müoonilise deuteeriumi ja müonse heelium-4 mõõtmiste kohta, mille andmeid praegu analüüsitakse, nt. mpg.de teatab.

Heelium-3 uue laenguraadiuse täpsusel on oluline roll ka võrdlusaluse hindamisel, mis on oluline väheste nukleonidega teooriate jaoks. Eelkõige on nende mõõtmiste kombineerimine varasema tööga heelium-4 ja teiste kergete tuumade struktuuri kohta ülioluline füüsikaliste mudelite edasiseks täiustamiseks.