Prelom v jadrovom výskume: Muonic hélium-3 odhaľuje tajomstvá!

Prelom v jadrovom výskume: Muonic hélium-3 odhaľuje tajomstvá!

Výskumný tím vedený Prof. Dr. Randolfom Pohlom z Johannes Gutenberg University Mainz dosiahol významný prelom v meraní základných vlastností atómových jadier. V experimentoch uskutočnených v Inštitúte Paula Scherrera vo Švajčiarsku sa vedcom podarilo zmerať polomer náboja miónového hélia-3 s bezprecedentnou presnosťou. Výsledky tejto štúdie boli publikované 23. mája 2025 v renomovanom časopise Science Informuje o tom uni-mainz.de.

Myoické hélium-3, ktoré pozostáva z dvoch protónov a neutrónu, sa výrazne líši od bežného hélia, pretože elektrón je nahradený miónom. Tento mión je asi 200-krát ťažší ako elektrón a umožňuje presnejšie merania jadrovej štruktúry, pretože jeho veľká hmotnosť zvyšuje prekrytie vlnovej funkcie s jadrom. Novourčená hodnota polomeru náboja miónového hélia-3 je 1,97007 ± 0,00097 femtometrov, vďaka čomu je pätnásťkrát presnejšia ako predchádzajúce merania. arxiv.org.

Presné merania a ich význam

Výskum na určenie polomeru náboja má ústredný význam, pretože presné hodnoty pre atómové jadrá sú nevyhnutné na určenie základných prírodných konštánt a hľadanie nových fyzikálnych javov. Výsledky ukazujú dobrú zhodu medzi meraniami miónového hélia-3 a predchádzajúcimi výsledkami získanými na normálnom héliu v Amsterdame. Presne boli stanovené aj rozdiely medzi polomermi náboja hélia-3 a hélia-4, čo poukazuje na vysokú presnosť metodiky.

Tím vrátane vedcov Prof. Dr. Sonia Bacca, Prof. Dr. Marc Vanderhaeghen a Dr. Franziska Hagelstein preukázal úzku spoluprácu v PRISMA+ Cluster of Excellence kombináciou teoretických výpočtov a experimentálnych údajov. Plány do budúcnosti zahŕňajú skúmanie atómových jadier od lítia po neón pomocou nových typov röntgenových detektorov na dosiahnutie ešte presnejších výsledkov.

Porovnanie s inými výsledkami výskumu

Nové meranie polomeru náboja hélia-3 prichádza v kontexte aktívneho výskumu štruktúry atómových jadier. Najmä laserová spektroskopia sa ukázala ako cenný nástroj nielen pre vodík, ale aj pre deutérium a iné izotopy hélia. Týka sa to aj meraní miónového deutéria a miónového hélia-4, z ktorých údaje sa v súčasnosti analyzujú, ako napr. Informuje mpg.de.

Presnosť nového polomeru náboja pre hélium-3 má tiež dôležitú úlohu v hodnotení benchmarku, čo je dôležité pre teórie s malým počtom nukleónov. Najmä kombinácia týchto meraní s predchádzajúcou prácou na štruktúre hélia-4 a iných ľahkých jadier bude rozhodujúca pre ďalšie spresnenie fyzikálnych modelov.