Argonne和Cern在核物理学中探索长期的谜团

在核心的ISolde电磁谱仪内部看。

核物理领域的长期神秘是为什么宇宙由我们在我们周围看到的特定材料组成。换句话说，为什么它由“这个”的东西而不是其他东西？

特别是感兴趣的是负责生产重量的重子，铂和铀的物理过程 - 被认为在中子星兼并和爆炸性恒星事件中发生。

来自美国能源部（DOE）argonne国家实验室的科学家领导了欧洲核研究组织在CERN中进行的国际核物理实验，利用Argonne开发的新技术研究宇宙中重点的性质和起源。该研究可以向共同创造异国情调的核心的过程提供关键洞察，并将为恒星事件和早期宇宙提供信息。

“我们不能只是走出地球的超新星，所以我们必须创造这些极端环境并研究他们发生的反应。” - 本凯凯，氩物理学家和铅科学家研究

合作中的核物理学家是第一个观察核的中子壳结构，比铅和超过126个中子 - 核物理领域的“魔法数字”。这些魔法数字，其中8个， 20,28,50和126是规范值，核具有增强的稳定性，与惰性气体有多样的闭合电子壳。高于魔术的核数126的中子在很大程度上是未开发的，因为它们难以生产。对其行为的了解对于了解快速中子捕获过程或R-Process，它们的行为至关重要，这些过程产生宇宙中的许多重点。

r-process被认为发生在极端恒星条件下，例如中子杂志或超新星。这些中子的环境是核可以迅速生长的地方，捕获中子在有机会腐烂之前产生新的和更重的元素。

该实验重点是汞同位素207Hg。对207小时的研究可以阐明其亲密邻居的性质，直接参与R-过程的关键方面的核。

“本世纪最大的问题之一是如何在宇宙开始时形成的元素，”研究的研究领导科学家argonne物理学家Benkay说。“这很难研究，因为我们不能只是走出地球，所以我们必须创造这些极端环境并研究他们发生的反应。”

为了研究207Hg的结构，研究人员首先在瑞士日内瓦核心核心核武器中使用了Hie-isolde设施。在熔融的铅靶中烧制高能的质子束，产生的碰撞产生数百个异种和放射性同位素。

然后，它们从其他碎片中分离了206小时核，并使用了Cern的Hie-isolde加速器，以创造一个核的束，在该加速器设施中实现了最高能量。然后，它们将光束聚焦在新的ISolde螺线管谱仪（ISS）内的氘靶标。

“没有其他设施可以使这种质量的汞束并加速它们的这些能量，”凯泽说。“这一点，与国际股票的出色解决能力相结合，让我们首次观察207小时的兴奋状态。”

ISS是一种新型开发的磁光谱仪，核物理学家用于检测捕获中子的206Hg核的情况并成为207小时。光谱仪的电磁磁体是来自澳大利亚医院的再生4-Tesla超导MRI磁铁。它被搬到了Cern并在伊斯洛德安装在伊斯兰德，归功于利物浦大学，曼彻斯特大学，达斯伯里实验室和比利时Ku Leuven合作者的合作伙伴合作。

氘是一种罕见的氢气同位素，由质子和中子组成。当206小时捕获来自氘靶的中子时，质子反冲。在这些反应期间发出的质子在ISS中的检测器中行进，它们的能量和位置产生关于核结构的关键信息以及它如何结合在一起。这些性质对R过程产生了重大影响，结果可以在核天体物理学模型中提供重要计算。

ISS使用由Argonne杰出的John Schiffer建议的开创性概念，该概念建于Lab的螺旋轨道光谱仪，Helios - 这是一种灵感ISS光谱仪的开发的仪器。Helios允许探索曾经无法学习的核特征，但由于Helios自2008年以来，在阿尔多尼进行了。Cern的isolde设施可以产生补充能够在argonne制造的核的束。

对于过去的世纪，核物理学家已经能够从碰撞的研究中收集有关核的信息，其中光离子束击中重型目标。然而，当重束击中光线目标时，碰撞的物理学变得扭曲，更难以解析。Argonne的Helios概念是解决这种失真的解决方案。

“当你有一个射击脆弱目标的炮弹的炮弹时，动力学变化和所得到的光谱被压缩，”凯说。“但是约翰希弗格意识到当碰撞发生在磁铁内时，发射的质子以螺旋模式朝向探测器行进，并且通过数学的”诀窍“，这展现了运动压缩，导致揭示潜在核
的未压缩频谱结构。“来自CERN实验的数据的第一次分析证实了当前核模型的理论预测，并使用这些新能力研究了207小时地区的其他核，从而深入了解核物理未知区域和r-process。

除了在CERN的实验之外，Argonne科学家还告知了ISS的设计，用他们的Helios探测器和数据采集电子设备推荐光谱仪。

凯也参与了在密歇根州立大学的罕见同位素梁（FRIB）的DOE赞助仪的另一个电磁体光谱仪的开发，称为Solaris，将他的核物理学专业知识促成了另一种跨制度合作。

本研究的结果在2月13日在物理审查信中在2月13日在2月13日题为“首先探索中子壳结构的首先探索中子壳结构的首先探索。该研究由DOE的核物理办公室，英国科技设施委员会和欧洲研究委员会赞助。

参考：“通过T.Tang等人，”首先探索下面的中子壳结构，低于n = 126“，13点2020，物理审查信.DOI：
10.1103 / physrevlett.124.062502