Jyväskylän yliopiston kiihdytinlaboratorio on mitannut tarkempaa tietoa “maagisesta” N=50 neutronikuorisulkeumasta

Ydinfyysikoiden mielenkiinto on kohdistunut raskaimman kaksoismaagisen N=Z ytimen, tina-100:n, läheisyyteen siellä esiintyvien moninaisten ydinrakenneilmiöiden vuoksi. Eksoottisten ydinten ominaisuudet, kuten sidosenergiat, ovat tärkeitä arvioitaessa kuoren sulkeutumisen vahvuutta tai yksittäisten hiukkasten energioiden kehitystä, ja ne auttavat tutkijoita selvittämään protonien ja neutronien vuorovaikutusta pitkäikäisissä viritystiloissa.   

- Sidosenergiat tarjoavat myös olennaista tietoja astrofysikaalisten prosessien, kuten nopean protonisieppauksen, mallintamiseen. Tarkkaan mitatut ytimien ominaisuudet toimivat vertailukohtana teoreettisille ennusteille ja näin varmistavat ydinmallien tarkkuuden ja luotettavuuden, selventää tutkimusinsinööri, dosentti, Mikael Reponen Jyväskylän yliopiston fysiikan laitokselta. 

Uudella tekniikalla yksityiskohtaisempaa tietoa 

Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen tutkijat käyttivät tehokasta kuumaontelokaappari-laserionilähdettä yhdistettynä Penning-loukku-massaspektrometriin, jossa sovellettiin nykyaikaista vaihekuvantamisionisyklotroniresonanssitekniikkaa (PI-ICR). Tämä mahdollisti N=50 neutronikuorisulkeuman tutkimuksen entistä yksityiskohtaisemmin. Uusimpien massanmittaus- ja tuotantotekniikoiden käyttö mahdollisti myös hopean massaluvun 95-97-ytimien perustilojen massojen sekä hopea-96:n pitkäikäisen viritystilan sidosenergian mittaamisen.  

- Huolimatta siitä, että näitä isotooppeja havaittiin vähimmillään yksi kappale joka kymmenes minuutti, saavutettiin mittauksissa huomattava tarkkuus, joka mahdollistaa nykyaikaisten ydinteorioiden testaamisen. Nämä uudet tulokset tukevat N=50 kuorisulkeuman vahvuutta hopean isotooppiketjussa, ja haastavat nykyaikaiset ydinteoriat lähellä N = Z-linjaa, kertoo akatemiatutkija Zhuang Ge Jyväskylän yliopistosta.  

Teoreetikoiden pitää jäljitellä kokeelliset tulokset 

Lisäksi hopea-96:n pitkäikäisen viritystilan viritysenergian toistaminen toimi haasteena ab-initio -ennusteille, mikä koskee erityisesti parittomien ytimien ominaisuuksia lähellä protonien "drip” -linjaa eli pakorajaa. Lisäksi viritystilan viritysenergian tarkka mittaus mahdollistaa sen, että hopea-96:n perustilaa ja viritystilaa voidaan käsitellä erillisinä lajeina astrofysikaalisissa malleissa.  

- Tulokset haastavat teoreettisten mallit toistamaan havaitut ominaisuudet. Mittauksemme antavat näin ollen tärkeää tietoa atomin ytimien sisäisten voimien parempaan ymmärtämiseen, sekä mahdollistaen ydinmallien kehittämisen kohti ytimen kattavampaa kuvausta, selventää Ge.  

Tarkempia isotooppimittauksia 

Tutkimus on esimerkki uusien kiihdytinlaboratorion IGISOL –laitteistolla käytettävien kokeellisten menetelmien mahdollisuuksista. Vaihekuvantavan Penning-loukku-massaspektrometritekniikan yhdistäminen kuumaontelokaappari-laserionilähteen kanssa tarjoaa huomattavan korkean herkkyyden. Tämä mahdollistaa tarkat eksoottisten isotooppien suorat massamittaukset.  

- Tähän työhön perustuvat meneillään olevat tutkimukset tulevat lähitulevaisuudessa valaisemaan ydinkartalla tin-100:n alapuolella olevien isotooppien perustilojen ominaisuuksia, erityisesti N=Z linjalla, sanoo Reponen.   

Tutkimus on julkaistu arvostetussa Physical review Letters julkaisusarjassa 26.9.2024. Tutkimus on myös suora jatko tutkijoiden edelliselle Nature Communications -lehden julkaisulle.  

Lisätietoa: 

• Nature Communications -lehden julkaisu: https://www.nature.com/articles/s41467-021-24888-x 

Artikkelin tiedot:  

• High-precision mass measurements of neutron deficient silver isotopes probe the robustness of the 𝑁 = 50 shell closure, Phys. Rev. Lett., Z. Ge et al., 26 September 2024 

• Linkki artikkeliin: https://journals.aps.org/prl/accepted/8707fYa6De71999873191ad3231009a1517e567c7 

• DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.132503