Läpimurto ydintutkimuksessa: Muonic helium-3 paljastaa salaisuudet!

Läpimurto ydintutkimuksessa: Muonic helium-3 paljastaa salaisuudet!

Prof. Dr. Randolf Pohlin johtama tutkimusryhmä Mainzin Johannes Gutenbergin yliopistosta on saavuttanut merkittävän läpimurron atomiytimien perusominaisuuksien mittaamisessa. Sveitsissä Paul Scherrer -instituutissa tehdyissä kokeissa tutkijat onnistuivat mittaamaan myonisen helium-3:n varaussäteen ennennäkemättömällä tarkkuudella. Tämän tutkimuksen tulokset julkaistiin 23. toukokuuta 2025 tunnetussa Science-lehdessä uni-mainz.de raportoi.

Myoic helium-3, joka koostuu kahdesta protonista ja neutronista, eroaa merkittävästi tavallisesta heliumista, koska elektroni korvataan myonilla. Tämä myoni on noin 200 kertaa raskaampi kuin elektroni ja mahdollistaa ydinrakenteen tarkemmat mittaukset, koska sen suuri massa lisää aaltofunktion päällekkäisyyttä ytimen kanssa. Äskettäin määritetty myonisen helium-3:n varaussäteen arvo on 1,97007 ± 0,00097 femtometriä, joten se on viisitoista kertaa tarkempi kuin aikaisemmat mittaukset. arxiv.org.

Tarkat mitat ja niiden merkitys

Varaussäteen määrittäminen on keskeistä, koska atomiytimien tarkat arvot ovat välttämättömiä luonnon perusvakioiden määrittämisessä ja uusien fysikaalisten ilmiöiden etsimisessä. Tulokset osoittavat hyvää yhtäpitävyyttä myonisen helium-3-mittausten ja aikaisempien Amsterdamin normaaliheliumilla saatujen tulosten välillä. Erot helium-3:n ja helium-4:n varaussäteiden välillä määritettiin myös tarkasti, mikä osoittaa metodologian suurta tarkkuutta.

Tiimi, johon kuuluvat tutkijat prof. tohtori Sonia Bacca, prof. tohtori Marc Vanderhaeghen ja tohtori Franziska Hagelstein, on osoittanut läheistä yhteistyötä PRISMA+ -huippuluokan klusterissa yhdistämällä teoreettisia laskelmia ja kokeellisia tietoja. Tulevaisuuden suunnitelmiin kuuluu atomiytimien tutkiminen litiumista neoniin käyttämällä uudentyyppisiä röntgenilmaisimia entistä tarkempien tulosten saavuttamiseksi.

Vertailu muihin tutkimustuloksiin

Helium-3:n varaussäteen uusi mittaus tulee osana aktiivista atomiytimien rakenteen tutkimusta. Erityisesti laserspektroskopia on osoittautunut arvokkaaksi työkaluksi, ei vain vedyn, vaan myös deuteriumin ja muiden heliumisotooppien osalta. Tämä koskee myös myonisen deuteriumin ja myonisen helium-4:n mittauksia, joista saatuja tietoja analysoidaan parhaillaan, mm. mpg.de raportoi.

Helium-3:n uuden varaussäteen tarkkuudella on myös tärkeä rooli benchmark-pisteytyksissä, mikä on tärkeää teorioissa, joissa on vähän nukleoneja. Erityisesti näiden mittausten yhdistäminen aikaisempaan helium-4:n ja muiden kevyiden ytimien rakennetta koskeviin töihin on ratkaisevan tärkeää fysikaalisten mallien tarkentamiseksi.