Läpimurto ydinfysiikassa – kolmen eri muodon rinnakkaiselo mitattu ensimmäistä kertaa

Vaikka erilaisten muotojen yhteiselo atomiytimessä on ollut tiedossa yli kuuden vuosikymmenen ajan, on kolmen muodon rinnakkaiselon todistaminen suoralla mittauksella ollut vaikeaa. Jyväskylän ja Liverpoolin yliopistojen tutkijoiden mittauksissa yhdistettiin rekyylimerkkausmenetelmä γ- ja elektronispektroskopian tekniikoihin. Mittaukset vahvistivat ¹⁹⁰Pb ytimen korkeamman viritystilasarjan prolaatin muodon. Matalin viritystilasarja osoittautui oblaatiksi haastaen aiemmat tutkimukset, joissa ehdotettiin pallomaista muotoa. Lisäksi tutkimuksessa löydettiin ensimmäistä kertaa pallomaiseen muotoon liitettävä viritystila. Kaikki muodot esiintyvät samanaikaisesti lähellä perustilaa. 

- ¹⁹⁰Pb on yksi kiehtovimmista tutkimistamme ytimistä, sanoo kaksoistutkintoa Liverpoolin ja Jyväskylän yliopistoissa suorittava väitöskirjatutkija Adrian Montes Plaza, joka analysoi kokeissa kerätyn datan. Muotojen rinnakkaiselon lisäksi näyttää siltä, että ¹⁹⁰Pb voisi toimia oppikirjaesimerkkinä tapauksesta, jossa aaltofunktiot ja muodot sekoittuvat merkittävästi, hän jatkaa.  

Eri tekniikoilla yksityiskohtaisempaa tietoa atomiytimestä 

Kokeet suoritettiin Jyväskylän yliopiston kiihdytinlaboratoriossa, jossa ¹⁹⁰Pb ytimen ominaisuuksia tutkittiin kolmella eri tekniikalla. Ensimmäisessä mitattiin kerkeitä γ-säteitä ja konversioelektroneja kohtioalueella. Toinen mittaus keskittyi isomeeristen tilojen purkautumisien seurauksena syntyneisiin γ-säteisiin ja kolmannessa tekniikassa hyödynnettiin Doppler-ilmiötä ytimen viritystilojen elinaikojen mittaamiseen. 

- Useiden kokeellisten tekniikoiden yhdistäminen osoittautui tehokkaaksi lähestymistavaksi harvinaisten ydinilmiöiden tutkimiseen, selittää yliopistotutkija Janne Pakarinen Jyväskylän yliopistosta. Eri menetelmät tarjoavat täydentävää tietoa, mikä mahdollistaa paremman kuvan luomisen ¹⁹⁰Pb ytimen eri muodoista, hän jatkaa.  

Ydintutkimus haastaa olemassa olevat teoreettiset mallit 

Tutkimus korostaa myös harvinaisten ytimien, kuten ¹⁹⁰Pb:n, merkitystä teoreettisten mallien kehittämisessä. Muotojen rinnakkaiselo asettaa huomattavan haasteen ydinteorioille kuvata monimutkaisia kvantti-ilmiöitä. Nyt julkaistut tulokset tarjoavat myös tärkeän vertailukohdan uusien ydinvuorovaikutusmallien parantamiseksi.

Artikkelin tiedot: 

• Linkki tutkimukseen Nature-portfolion Communications Physics -lehdessä: https://doi.org/10.1038/s42005-024-01928-8