Un nou detector pentru studierea formelor nucleelor exotice
În diagrama convențională a unui atom, centrul este ocupat de un nucleu sferic, format din protoni și neutroni. Această reprezentare este însă o simplificare: nucleele se pot deforma căpătând forme neobișnuite, asemănătoare unei pere, unei mingi de fotbal sau unui disc. Înțelegerea motivului și a condițiilor în care nucleele se distorsionează este esențială pentru a prezice și a modela comportamentul lor.
Cercetătorii de la Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) au dezvoltat un nou detector, CHICOX (Compact Heavy Ion Counter version X), care deschide o nouă eră a studiilor extrem de sensibile asupra formelor nucleare. „Teoreticienii nucleari lucrează la un model cuprinzător și predictiv al nucleelor și al comportamentului acestora. Datele pe care le măsurăm cu CHICOX reprezintă un test bun pentru aceste modele”, a declarat omul de știință LLNL Daniel Rhodes. Detaliile sunt publicate în revista Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A.
Un tandem de instrumente pentru măsurători de coincidență
CHICOX a fost construit pentru a funcționa împreună cu un alt instrument: Gamma-Ray Energy Tracking Array, sau GRETA. În timpul unui experiment, un fascicul de particule lovește un material țintă staționar. Când una dintre particule nimerește un nucleu, ambele se împrăștie. Energia suplimentară transferată în acest proces excită nucleul proiectilului, care vibrează, se rotește și emite raze gamma pe măsură ce revine la o stare mai stabilă.
CHICOX măsoară traiectoria particulei împrăștiate, în timp ce GRETA detectează razele gamma eliberate. „Când două nuclee se ciocnesc, detectăm particulele cu CHICOX, iar razele gamma sunt captate de GRETA”, a explicat omul de știință LLNL Ching-Yen Wu. „Dacă nu avem CHICOX, nu știm când se ciocnesc nucleele. Iar când se ciocnesc, ele se împrăștie la unghiuri diferite. Fără acel unghi, informația despre razele gamma se pierde.”
Împreună, instrumentele realizează ceea ce se numește o măsurătoare de coincidență. Dacă ambele detectează un semnal aproximativ în același timp, acesta este marcat ca un singur eveniment. Modelul razelor gamma captate de GRETA dezvăluie un contur neclar al formei nucleului, iar informația de împrăștiere furnizată de CHICOX clarifică această imagine.
Prima campanie experimentală și aplicațiile viitoare
CHICOX, susținut de programul de Fizică Nucleară al Departamentului de Energie, este cea mai recentă și avansată iterație dintr-o serie de detectoare similare proiectate de cercetătorii LLNL. În ultimul an, echipa CHICOX a implementat dispozitivul pentru prima dată și a realizat cu succes nouă experimente pe 13 nuclee diferite la facilitatea ATLAS a Argonne National Laboratory, împreună cu GRETINA, precursorul GRETA. Instrumentul proiectat de LLNL a stârnit deja un interes larg în comunitatea fizicii și a fost utilizat de cercetători din întreaga lume în timpul acestei prime campanii experimentale.
Dezvoltarea acestei tehnologii de detectare are și aplicații în domeniul securității naționale, deoarece tehnici similare de detectare și modele de deformare nucleară sunt importante pentru înțelegerea fisiunii nucleare. În viitor, atât CHICOX, cât și GRETA vor fi găzduite la Facility for Rare Isotope Beams (FRIB), care va furniza fascicule de nuclee instabile și, prin urmare, oportunități și mai mari.
„Efectuarea acestor tipuri de experimente la FRIB ne va oferi acces la mult mai mulți izotopi exotici, astfel încât să putem împinge studiile tot mai departe de izotopii stabili pe care îi vedem în jurul nostru și spre sisteme foarte neobișnuite”, a spus Rhodes.
Comportamentul nucleelor stabile și comune este cunoscut ca fiind foarte diferit de cel al nucleelor rare și exotice. Până în prezent, măsurătorile acestora din urmă au fost limitate din cauza dificultății de a produce izotopi extrem de instabili. Facilități precum FRIB și ATLAS vor ajuta la dezvăluirea oricărui comportament surprinzător care poate fi găsit în nucleele exotice.
„Studiul nucleelor instabile este foarte interesant pentru că multe proprietăți pe care le cunoaștem se destramă. Deci, este un subiect foarte important pentru a ne avansa cunoștințele despre structura nucleară în ansamblu”, a declarat Wu. „Este captivant pentru că CHICOX poate face această muncă pentru următorii 15 până la 20 de ani.”
