Áttörés a nukleáris kutatásban: A müonikus hélium-3 titkokat tár fel!

Áttörés a nukleáris kutatásban: A müonikus hélium-3 titkokat tár fel!

A Mainzi Johannes Gutenberg Egyetem Prof. Dr. Randolf Pohl által vezetett kutatócsoportja jelentős áttörést ért el az atommagok alapvető tulajdonságainak mérésében. A svájci Paul Scherrer Intézetben végzett kísérletek során a tudósoknak példátlan pontossággal sikerült megmérniük a müonos hélium-3 töltéssugarát. A tanulmány eredményeit 2025. május 23-án tették közzé a neves Science folyóiratban – írja az uni-mainz.de.

A mioikus hélium-3, amely két protonból és egy neutronból áll, jelentősen eltér a normál héliumtól, mivel az elektront müon váltja fel. Ez a müon körülbelül 200-szor nehezebb, mint egy elektron, és lehetővé teszi a magszerkezet pontosabb mérését, mivel nagy tömege növeli a hullámfüggvény átfedését az atommaggal. A müonikus hélium-3 töltési sugarának újonnan meghatározott értéke 1,97007 ± 0,00097 femtométer, ami tizenötször pontosabb a korábbi méréseknél. arxiv.org.

Pontos mérések és jelentésük

A töltéssugár meghatározására irányuló kutatások központi jelentőségűek, mivel az atommagok pontos értékei elengedhetetlenek a természet alapvető állandóinak meghatározásához és az új fizikai jelenségek kereséséhez. Az eredmények jó egyezést mutatnak a müonikus hélium-3 mérések és az amszterdami normál héliumon kapott korábbi eredmények között. A hélium-3 és a hélium-4 töltési sugarai közötti különbségeket is pontosan meghatároztuk, jelezve a módszertan nagy pontosságát.

A Prof. Dr. Sonia Bacca, Prof. Dr. Marc Vanderhaeghen és Dr. Franziska Hagelstein tudósokból álló csapat szoros együttműködést mutatott be a PRISMA+ Kiválósági Klaszterben az elméleti számítások és a kísérleti adatok kombinálásával. A jövőbeli tervek között szerepel az atommagok vizsgálata a lítiumtól a neonig új típusú röntgendetektorok segítségével, hogy még precízebb eredményeket érjenek el.

Összehasonlítás más kutatási eredményekkel

A hélium-3 töltési sugarának új mérése az atommagok szerkezetének aktív kutatásának kontextusában történik. A lézerspektroszkópia különösen értékes eszköznek bizonyult nemcsak a hidrogén, hanem a deutérium és más hélium izotópok esetében is. Ez vonatkozik a müonikus deutérium és müonos hélium-4 méréseire is, amelyek adatainak elemzése jelenleg folyamatban van, mint pl. számol be az mpg.de.

A hélium-3 új töltési sugarának pontossága is fontos szerepet játszik a benchmark pontozásban, ami a kevés nukleont tartalmazó elméleteknél fontos. Ezeknek a méréseknek a hélium-4 és más könnyű atommagok szerkezetére vonatkozó korábbi munkáival való kombinálása különösen fontos a fizikai modellek további finomítása szempontjából.