Genombrott inom kärnkraftsforskning: muoniskt helium-3 avslöjar hemligheter!

Genombrott inom kärnkraftsforskning: muoniskt helium-3 avslöjar hemligheter!

En forskargrupp ledd av prof. Dr. Randolf Pohl från Johannes Gutenberg University Mainz har uppnått ett betydande genombrott när det gäller att mäta de grundläggande egenskaperna hos atomkärnor. I experiment utförda vid Paul Scherrer-institutet i Schweiz lyckades forskare mäta laddningsradien för muoniskt helium-3 med oöverträffad precision. Resultaten av denna studie publicerades den 23 maj 2025 i den välrenommerade tidskriften Science uni-mainz.de rapporterar.

Myoic helium-3, som består av två protoner och en neutron, skiljer sig markant från vanligt helium eftersom elektronen är ersatt av en myon. Denna myon är cirka 200 gånger tyngre än en elektron och tillåter mer exakta mätningar av kärnstrukturen eftersom dess stora massa ökar överlappningen av vågfunktionen med kärnan. Det nyligen fastställda värdet för laddningsradien för muoniskt helium-3 är 1,97007 ± 0,00097 femtometer, vilket gör det femton gånger mer exakt än tidigare mätningar. arxiv.org.

Exakta mått och deras betydelse

Forskning för att bestämma laddningsradien är av central betydelse eftersom exakta värden för atomkärnor är avgörande för att bestämma grundläggande naturkonstanter och sökandet efter nya fysiska fenomen. Resultaten visar god överensstämmelse mellan de muoniska helium-3-mätningarna och tidigare resultat som erhållits på normalt helium i Amsterdam. Skillnaderna mellan laddningsradier för helium-3 och helium-4 bestämdes också exakt, vilket indikerar metodikens höga noggrannhet.

Teamet, inklusive forskarna Prof. Dr. Sonia Bacca, Prof. Dr. Marc Vanderhaeghen och Dr. Franziska Hagelstein, har visat ett nära samarbete i PRISMA+ Cluster of Excellence genom att kombinera teoretiska beräkningar och experimentella data. Framtida planer inkluderar att undersöka atomkärnor från litium till neon med hjälp av nya typer av röntgendetektorer för att uppnå ännu mer exakta resultat.

Jämförelse med andra forskningsresultat

Den nya mätningen av laddningsradien för helium-3 kommer inom ramen för aktiv forskning om strukturen hos atomkärnor. Speciellt laserspektroskopi har visat sig vara ett värdefullt verktyg, inte bara för väte, utan även för deuterium och andra heliumisotoper. Det gäller även mätningarna av muoniskt deuterium och muoniskt helium-4, vars data för närvarande analyseras, som t.ex. mpg.de rapporterar.

Precisionen hos den nya laddningsradien för helium-3 har också en viktig roll i benchmarkpoängen, vilket är viktigt för teorier med få nukleoner. I synnerhet kommer att kombinera dessa mätningar med tidigare arbete med strukturen av helium-4 och andra lätta kärnor vara avgörande för att ytterligare förfina fysikaliska modeller.