Proveržis branduolinių tyrimų srityje: Muoninis helis-3 atskleidžia paslaptis!

Proveržis branduolinių tyrimų srityje: Muoninis helis-3 atskleidžia paslaptis!

Prof. dr. Randolf Pohl vadovaujama tyrimų grupė iš Mainco Johaneso Gutenbergo universiteto pasiekė reikšmingą proveržį matuojant pagrindines atomų branduolių savybes. Šveicarijos Paulo Scherrer institute atliktų eksperimentų metu mokslininkams neregėtai tiksliai pavyko išmatuoti miuoninio helio-3 krūvio spindulį. Šio tyrimo rezultatai buvo paskelbti 2025 m. gegužės 23 d. žinomame žurnale Science praneša uni-mainz.de.

Mioinis helis-3, susidedantis iš dviejų protonų ir neutrono, gerokai skiriasi nuo įprasto helio, nes elektroną pakeičia miuonas. Šis miuonas yra apie 200 kartų sunkesnis už elektroną ir leidžia tiksliau išmatuoti branduolio struktūrą, nes didelė jo masė padidina bangos funkcijos sutapimą su branduoliu. Naujai nustatyta miuoninio helio-3 įkrovos spindulio vertė yra 1,97007 ± 0,00097 femtometro, todėl ji yra penkiolika kartų tikslesnė nei ankstesni matavimai. arxiv.org.

Tikslūs matavimai ir jų reikšmė

Tyrimai, skirti nustatyti krūvio spindulį, yra labai svarbūs, nes tikslios atomų branduolių reikšmės yra būtinos nustatant pagrindines gamtos konstantas ir ieškant naujų fizikinių reiškinių. Rezultatai rodo gerą suderinimą tarp miuoninio helio-3 matavimų ir ankstesnių rezultatų, gautų naudojant įprastą helio Amsterdame. Taip pat buvo tiksliai nustatyti skirtumai tarp helio-3 ir helio-4 krūvio spindulių, o tai rodo didelį metodikos tikslumą.

Sonia Bacca, prof. dr. Marc Vanderhaeghen ir dr. Franziska Hagelstein komanda, derindama teorinius skaičiavimus ir eksperimentinius duomenis, pademonstravo glaudų bendradarbiavimą PRISMA+ kompetencijos klasteryje. Ateities planai apima atomų branduolių tyrimą nuo ličio iki neono naudojant naujų tipų rentgeno detektorius, kad būtų pasiekti dar tikslesni rezultatai.

Palyginimas su kitų tyrimų rezultatais

Naujas helio-3 įkrovimo spindulio matavimas atliekamas aktyvių atominių branduolių struktūros tyrimų kontekste. Lazerinė spektroskopija ypač pasirodė esanti vertinga priemonė ne tik vandeniliui, bet ir deuterio bei kitiems helio izotopams. Tai taip pat taikoma miuoninio deuterio ir miuoninio helio-4 matavimams, kurių duomenys šiuo metu yra analizuojami, pvz. praneša mpg.de.

Naujojo helio-3 įkrovimo spindulio tikslumas taip pat turi svarbų vaidmenį nustatant etaloninį tašką, kuris yra svarbus teorijoms, kuriose yra nedaug nukleonų. Visų pirma, derinant šiuos matavimus su ankstesniais helio-4 ir kitų lengvųjų branduolių struktūros darbais, bus labai svarbu toliau tobulinti fizinius modelius.