欧洲核子研究中心物理学家测量奇异铟核的质量

同位素锡-100由于其封闭壳层的质子和中子结构而引起了核结构的兴趣。它也是由相同数量的质子和中子组成的最重的原子核。在新的研究中,来自ISOLTRAP实验欧洲核子研究中心同位素质量分离器在线(ISOLDE)装置对锡-100的相邻原子核铟-99和铟-100进行了直接质量测量。的结果出现在杂志上自然物理

用ISOLTRAP对贫中子铟同位素进行高精度质量测量:1.4 GeV质子撞击厚碳化镧靶产生放射性原子;利用ISOLDE RILIS提供的两步激光激发方案选择性地电离了从靶扩散的短寿命铟原子,该方案激发了铟电离势(IP)以上的一个电子;提取的离子束进行质量分离,并注入位于高压平台上的射频四极(RFQ)离子阱中,在那里进行聚集和冷却;然后用MR-ToF MS对光束进行处理,分离铟离子与等压污染物;当使用精密潘宁阱进行质量测量时,使用氦缓冲-充气制备潘宁阱进一步冷却和净化束流;利用位置敏感微通道板(MCP)探测器记录离子从高精度Penning阱中射出后的飞行时间和/或位置;对于产率过低的铟-99,采用MR-ToF MS进行质量测量。图片来源:Mougeot等人,doi: 10.1038/s41567-021-01326-9。

用ISOLTRAP对贫中子铟同位素进行高精度质量测量:1.4 GeV质子撞击厚碳化镧靶产生放射性原子;利用ISOLDE RILIS提供的两步激光激发方案选择性地电离了从靶扩散的短寿命铟原子,该方案激发了铟电离势(IP)以上的一个电子;提取的离子束进行质量分离,并注入位于高压平台上的射频四极(RFQ)离子阱中,在那里进行聚集和冷却;然后用MR-ToF MS对光束进行处理,分离铟离子与等压污染物;当使用精密潘宁阱进行质量测量时,使用氦缓冲-充气制备潘宁阱进一步冷却和净化束流;利用位置敏感微通道板(MCP)探测器记录离子从高精度Penning阱中射出后的飞行时间和/或位置;对于产率过低的铟-99,采用MR-ToF MS进行质量测量。图片来源:Mougeot, doi: 10.1038 / s41567 - 021 - 01326 - 9。

原子核只有两种成分,质子和中子,但这两种成分的相对数量对它们的性质产生了根本性的影响。

质子和中子的某些配置,即质子或中子的“神奇数字”排列在原子核内充满的壳层中,比其他配置束缚更强。

具有完全质子和中子壳层的稀有核,被称为双重魔法,表现出特别强的结合能,是研究核性质的极好的试验案例。

ISOLTRAP团队的新理论计算和实验结果揭示了最具代表性的双幻核之一:锡-100。

与50 50质子和中子,锡- 100是特别感兴趣的核属性的研究,因为除了双重魔法,这是最重的原子核由质子和中子在相同数量的一个特性,最强大的β衰变,正电子发射产生的子核。

对锡-100衰变的研究在生产过程中遇到了困难。

此外,最近的两项研究——a2019年的研究理研和a2012年的研究由GSI -产生不同的衰变能量值,导致锡-100的质量值不一致。

在这项新研究中,马克斯-普朗克研究所für克恩物理研究所的马克西姆·穆盖特博士和他的同事测量了铟-100和铟-99的质量,铟-100是锡-100的衰变子,铟-99比锡-100少一个质子。

“锡-100的质量可以从铟-100的质量和锡-100衰变为铟-100时释放的能量中得到,”穆古特博士说。

“所以我们对铟-100质量的测量抓住了这个标志性的双魔法核的尾巴。”

对铟-100的新的质量测量比之前的精确了90倍,放大了从最新的β -衰变研究中推导出的锡-100质量值的差异。

然后,研究人员将测量到的铟原子核质量与新的复杂的从头计算理论进行了比较。从头计算试图从第一原理描述原子核。

这些比较更倾向于GSI的beta衰变能量,而不是理研团队的。

此外,它们在测量和计算之间显示出了极好的一致性,这给了研究人员很大的信心,即计算捕获了锡-100和它的铟邻居复杂的核物理。

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m . Mougeot.99-101In的质量测量挑战了100Sn核素的从头计算核理论。Nat。, 2021年9月23日在线发布;doi: 10.1038 / s41567 - 021 - 01326 - 9

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