Gjennombrudd i kjernefysisk forskning: Muonisk helium-3 avslører hemmeligheter!

Gjennombrudd i kjernefysisk forskning: Muonisk helium-3 avslører hemmeligheter!

Et forskerteam ledet av prof. Dr. Randolf Pohl fra Johannes Gutenberg University Mainz har oppnådd et betydelig gjennombrudd i måling av de grunnleggende egenskapene til atomkjerner. I eksperimenter utført ved Paul Scherrer Institute i Sveits, klarte forskere å måle ladningsradiusen til muonisk helium-3 med enestående presisjon. Resultatene av denne studien ble publisert 23. mai 2025 i det anerkjente tidsskriftet Science Det melder uni-mainz.de.

Myoic helium-3, som består av to protoner og et nøytron, er vesentlig forskjellig fra vanlig helium fordi elektronet er erstattet av et myon. Denne myonen er omtrent 200 ganger tyngre enn et elektron og tillater mer presise målinger av kjernestrukturen fordi dens store masse øker overlappingen av bølgefunksjonen med kjernen. Den nylig bestemte verdien for ladningsradiusen til muonisk helium-3 er 1,97007 ± 0,00097 femtometer, noe som gjør den femten ganger mer nøyaktig enn tidligere målinger, informert arxiv.org.

Nøyaktige målinger og deres betydning

Forskning for å bestemme ladningsradius er av sentral betydning fordi nøyaktige verdier for atomkjerner er avgjørende for å bestemme grunnleggende naturkonstanter og søken etter nye fysiske fenomener. Resultatene viser god samsvar mellom de muoniske helium-3 målingene og tidligere resultater oppnådd på normalt helium i Amsterdam. Forskjellene mellom ladningsradiene til helium-3 og helium-4 ble også nøyaktig bestemt, noe som indikerer den høye nøyaktigheten til metodikken.

Teamet, inkludert forskerne Prof. Dr. Sonia Bacca, Prof. Dr. Marc Vanderhaeghen og Dr. Franziska Hagelstein, har demonstrert nært samarbeid i PRISMA+ Cluster of Excellence ved å kombinere teoretiske beregninger og eksperimentelle data. Fremtidige planer inkluderer å undersøke atomkjerner fra litium til neon ved å bruke nye typer røntgendetektorer for å oppnå enda mer presise resultater.

Sammenligning med andre forskningsresultater

Den nye målingen av ladningsradiusen til helium-3 kommer i sammenheng med aktiv forskning på strukturen til atomkjerner. Spesielt laserspektroskopi har vist seg å være et verdifullt verktøy, ikke bare for hydrogen, men også for deuterium og andre heliumisotoper. Dette gjelder også målingene av muonisk deuterium og muonisk helium-4, som det nå analyseres data fra, som f.eks. mpg.de rapporterer.

Presisjonen til den nye ladningsradiusen for helium-3 har også en viktig rolle i benchmark-scoringen, som er viktig for teorier med få nukleoner. Spesielt vil det å kombinere disse målingene med tidligere arbeid med strukturen til helium-4 og andre lette kjerner være avgjørende for å videreutvikle fysiske modeller.