Przełom w badaniach nuklearnych: hel mionowy-3 odkrywa tajemnice!

Przełom w badaniach nuklearnych: hel mionowy-3 odkrywa tajemnice!

Zespół badawczy kierowany przez prof. dr Randolfa Pohla z Uniwersytetu Jana Gutenberga w Moguncji dokonał znaczącego przełomu w pomiarach podstawowych właściwości jąder atomowych. W eksperymentach przeprowadzonych w Instytucie Paula Scherrera w Szwajcarii naukowcom udało się z niespotykaną dotąd precyzją zmierzyć promień ładunku mionowego helu-3. Wyniki tego badania opublikowano 23 maja 2025 roku w renomowanym czasopiśmie Science raporty uni-mainz.de.

Mioiczny hel-3, który składa się z dwóch protonów i neutronu, znacznie różni się od zwykłego helu, ponieważ elektron jest zastąpiony mionem. Mion ten jest około 200 razy cięższy od elektronu i pozwala na dokładniejsze pomiary struktury jądrowej, ponieważ jego duża masa zwiększa nakładanie się funkcji falowej z jądrem. Nowo ustalona wartość promienia ładunku mionowego helu-3 wynosi 1,97007 ± 0,00097 femtometrów, co oznacza, że ​​jest piętnastokrotnie dokładniejsza niż poprzednie pomiary, poinformował arxiv.org.

Pomiary dokładne i ich znaczenie

Badania mające na celu określenie promienia ładunku mają kluczowe znaczenie, ponieważ dokładne wartości jąder atomowych są niezbędne do wyznaczania podstawowych stałych przyrody i poszukiwania nowych zjawisk fizycznych. Wyniki wykazują dobrą zgodność pomiędzy pomiarami mionowego helu-3 i wcześniejszymi wynikami uzyskanymi dla normalnego helu w Amsterdamie. Precyzyjnie określono także różnice w promieniach ładunków helu-3 i helu-4, co wskazuje na dużą dokładność metodologii.

Zespół, w skład którego wchodzą naukowcy: prof. dr Sonia Bacca, prof. dr Marc Vanderhaeghen i dr Franziska Hagelstein, wykazał ścisłą współpracę w ramach klastra doskonałości PRISMA+, łącząc obliczenia teoretyczne i dane eksperymentalne. Plany na przyszłość obejmują badanie jąder atomowych, od litu po neon, przy użyciu nowych typów detektorów promieniowania rentgenowskiego, aby uzyskać jeszcze bardziej precyzyjne wyniki.

Porównanie z wynikami innych badań

Nowy pomiar promienia ładunku helu-3 pojawia się w kontekście aktywnych badań nad strukturą jąder atomowych. W szczególności spektroskopia laserowa okazała się cennym narzędziem nie tylko w przypadku wodoru, ale także deuteru i innych izotopów helu. Dotyczy to również pomiarów deuteru mionowego i helu mionowego-4, z których dane są obecnie analizowane, jak np. donosi mpg.de.

Precyzja nowego promienia ładunku helu-3 również odgrywa ważną rolę w punktacji wzorcowej, co jest ważne w przypadku teorii z małą liczbą nukleonów. W szczególności połączenie tych pomiarów z wcześniejszymi pracami nad strukturą helu-4 i innych lekkich jąder będzie miało kluczowe znaczenie dla dalszego udoskonalenia modeli fizycznych.