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进行缺中子铟同位素的高精度质量测量:放射性原子是由1.4%的核反应产生的 GeV质子撞击厚碳化镧靶;使用由ISOLDE RILIS提供的两步激光激发方案,对从靶扩散的短寿命铟原子进行选择性电离,该方案激发了高于铟电离电位(IP)的一个电子;将提取的离子束进行质量分离并注入位于高压(HV)平台上的射频四极(RFQ)离子阱中,在该离子阱中进行聚束和冷却;然后用MR-ToF-MS对光束进行处理,以从等压污染物中分离铟离子;当精密潘宁阱用于质量测量时,使用充氦缓冲气体的潘宁阱进一步冷却和净化光束;使用位置敏感微通道板(MCP)探测器记录离子从精密潘宁阱中喷射后的飞行时间和/或位置;对于铟-99,其生产产率太低,使用MR ToF MS进行质量测量。图片来源:Mougeot等., doi: 10.1038/s41567-021-01326-9.

用ISOLTRAP进行缺中子铟同位素的高精度质量测量:放射性原子是由1.4%的核反应产生的 GeV质子撞击厚碳化镧靶;使用由ISOLDE RILIS提供的两步激光激发方案,对从靶扩散的短寿命铟原子进行选择性电离,该方案激发了高于铟电离电位(IP)的一个电子;将提取的离子束进行质量分离并注入位于高压(HV)平台上的射频四极(RFQ)离子阱中,在该离子阱中进行聚束和冷却;然后用MR-ToF-MS对光束进行处理,以从等压污染物中分离铟离子;当精密潘宁阱用于质量测量时,使用充氦缓冲气体的潘宁阱进一步冷却和净化光束;使用位置敏感微通道板(MCP)探测器记录离子从精密潘宁阱中喷射后的飞行时间和/或位置;对于铟-99,其生产产率太低,使用MR ToF MS进行质量测量。图片来源:Mougeot,内政部: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。

质子和中子的某些构型,以及排列在原子核内充满壳层的质子或中子的“幻数”,比其他构型的束缚更强烈。

具有完整质子和中子壳层的稀有原子核被称为双魔核,具有特别高的结合能,是研究核性质的极好试验案例。

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。

tin-100由50个质子和50个中子组成,对核性质的研究特别有意义,因为它不仅具有双重魔力,而且是由相同数量的质子和中子组成的最重的原子核——这一特征使它成为最强的β衰变之一,在这种衰变中,正电子被发射产生子核。

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年研究通过GSI-产生衰变中释放的能量的不同值,导致tin-100质量的不同值。

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。

“因此,我们的铟-100质量测量抓住了这个标志性的双魔核的尾巴。”

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,研究人员将测得的铟原子核质量和试图从第一原理描述原子核的新的复杂从头算理论计算进行了比较。

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. 99-101的质量测量挑战了核素100Sn的从头算核理论。Nat。,于2021年9月23日在线发布;内政部:10.1038/s41567-021-01326-9

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