外来原子核揭示的新型超流态的痕迹

KTH的研究人员用来研究高级AccélérateurNational d'ion Lourds产生的不稳定原子核的先进伽玛跟踪阵列(AGATA)。

最近对稀有同位素钌88的内部结构的观察为原子核的内部结构提供了新的亮点,这一突破也可能导致人们进一步了解自然界中某些化学元素及其同位素的形成方式。

在KTH皇家理工学院实验核物理教授Bo Cederwall的带领下,一个国际研究小组在极中子缺陷,变形的原子核88Ru中发现了新的旋转态。结果表明,强耦合中子-质子对的存在严重影响了这种奇异核系统的结构。

Cederwall说:“这种结构从根本上不同于原子核中观察到的正常条件,在原子核中,中子和质子成对相互作用,形成近超流体状态。”

他说,这些结果还可能为不同化学元素(尤其是它们最中子贫的同位素)在某些恒星环境(例如中子星红色巨星双星)的核合成反应中如何进行的解释提供了另一种解释。

这项发现于2020年2月12日发表在《物理评论快报》上,该结果是在法国大国家离子百叶窗(GANIL)的实验中使用先进伽玛跟踪阵列(AGATA)进行的。

研究人员利用核碰撞产生了具有相当数量的中子和质子的高度不稳定的原子核。通过使用包括AGATA在内的敏感仪器研究了它们的结构,检测了它们以高能光子,中子,质子和其他粒子形式发出的辐射。

发现新型超流动的背后的团队:左起,KTH皇家理工学院物理学教授Bo Cederwall,刘晓宇,张伟,AysegülErtoprak,Farnaz Ghazi Moradi和ÖzgeAktas。

根据描述基本粒子及其相互作用的粒子物理学标准模型,自然界中有两种一般类型的粒子:玻色子和费米子,分别具有整数和半整数自旋。费米子的例子是基本粒子,例如电子和电子中微子,还有复合粒子,例如质子和中子,以及它们的基本构成单元,夸克。玻色子的例子是基本力载体。光子,中间矢量玻色子,胶子和引力子。

粒子系统的性质取决于它是基于费米子还是玻色子而有很大不同。由于量子力学的保利原理,在费米子(例如原子核)系统中,只有一个粒子可以在空间和时间的特定点上具有特定的量子态。为了使多个费米子一起出现,每个费米子的至少一个特性(例如其自旋)必须不同。在低温系统中,许多费米子会表现出成对粒子的冷凝物,这表现为对不带电粒子(例如,超流3He)的超流动性,以及对带电粒子的超导电性,例如低于临界温度的超导体中的电子。另一方面,玻色子可以与无限数量的处于同一状态的粒子进行非均相冷凝,即所谓的玻色-爱因斯坦冷凝物。

在大多数接近于β稳定性线且处于基态或被激发到高于其稳定度的能量的原子核中,基本结构似乎是基于具有相同同位旋量子数的粒子的成对相关的缩合物。但是却相反。这意味着中子和质子彼此分开配对。这些等矢量对的相关性产生了与超流动性和超导电性相似的特性。在变形的原子核中,例如,当原子核的旋转激发能增加时,这种结构表现为旋转频率的不连续性。

这种不连续性在1970年代初期由KTH教授名誉教授Arne Johnson发现,被标记为“弯曲”。弯曲频率是使中子或质子对破裂所需的能量的量度,因此也反映了由原子核中一对核子的形成所释放的能量。有长期的理论预测,中子-质子对系统可以与异质原子核中具有等量质子和中子的标准等矢量对相关性混合甚至替换。由这种成对相关性的等量标量成分产生的核结构与在接近稳定的“普通”原子核中发现的核结构不同。在不同的可能实验观测值中,与中子和质子数量不同的原子核相比,变形原子核的后弯曲频率预计会显着增加。

KTH研究小组以前已经观察到球形核92Pd中存在强中子-质子相关性的证据,该证据已发表在《自然》杂志上(B. Cederwall等人,《自然》,第469卷,第68-71页(2011年))。具有44个中子和44个质子的钌同位素88Ru发生了变形,并呈现出类似于旋转的结构,现已观察到高达以前的自旋或旋转频率。与以前的工作相比,新的测量方法在核对相关性上提供了不同的角度。通过证实向更高的弯曲频率转变的理论预测,它为在具有相等数量的中子和质子的最重核系统中发生强等比例对相关提供了补充证据。

参考:B. Cederwall,X. Liu,Ö“自共轭核88Ru的水平结构的核对相关的同位旋特性”。Aktas,A.Ertoprak,W.Zhang,C.Qi,E.Clément,G.de France,D.Ralet,A.Gadea,A.Goasduff,G.Jaworski,I.Kuti,BMNyakó,J.Nyberg, M. Palacz,R.Wadsworth,JJValiente-Dobón,H.Al-Azri,A.AtaçNyberg,T.Bäck,G.de Angelis,M.Doncel,J.Dudouet,A.Gottardo,M.Jurado,J 。Ljungvall,D。Mengoni,DR那不勒斯,CM Petrache,D。Sohler,J。Timár,D.Barrientos,P。Bednarczyk,G。Benzoni,B.Birkenbach,AJ Boston,HC波士顿,I。Burrows,L。Charles ,M。Ciemala,FCL Crespi,DM Cullen,P.Désesquelles,C.Domingo-Pardo,J.Eberth,N.Erduran,S.Ertürk,V.González,J.Goupil,H.Hess,T.Huyuk,A Jungclaus,W。Korten,A。Lemasson,S。Leoni,A。Maj,R。Menegazzo,B。Million,RM Perez-Vidal,Zs。Podolyak,A。Pullia,F。Recchia,P。Reiter,F。Saillant,M。D. Salsac,E。Sanchis,J。Simpson,O。Stezowski,Ch。 Theisen和M.Zielinska,2020年2月12日,《物理评论快报》。
10.1103 / PhysRevLett.124.062501

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