Przełom w fizyce jądrowej: pierwsze precyzyjne pomiary rozpadu telluru-104

Międzynarodowy zespół naukowców po raz pierwszy bezpośrednio zaobserwował wyjątkowo szybką przemianę alfa telluru-104 (¹⁰⁴Te) oraz wykonał kluczowe pomiary jego czasu życia i energii rozpadu. Wyniki opublikowano w prestiżowym czasopiśmie „Nature”. W skład zespołu, koordynowanego przez prof. Roberta Grzywacza, weszli badacze z University of Tennessee, Oak Ridge National Laboratory (ORNL), RIKEN, Uniwersytetu Tokijskiego, Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, Narodowego Centrum Badań Jądrowych, Universität zu Köln (Niemcy), Universidad Complutense de Madrid (Hiszpania), Lawrence Livermore National Laboratory oraz Japan Atomic Energy Agency. Wśród badaczek naszego Wydziału uczestniczących w projekcie znajdują się dr hab. Agnieszka Korgul, prof. UW, dr hab. Chiara Mazzocchi, prof. UW oraz mgr Aleksandra Skruch.

Przemiana alfa należy do najlepiej znanych rodzajów promieniotwórczości, jednak od ponad stu lat fizycy próbują odpowiedzieć na fundamentalne pytanie: w jaki sposób cząstka alfa, układ dwóch protonów i dwóch neutronów, formuje się wewnątrz jądra atomowego jeszcze przed emisją. Badania izotopu 104Te dostarczyły nowych informacji na temat tego procesu.

Eksperyment przeprowadzono w Radioactive Isotope Beam Factory (RIBF) w ośrodku RIKEN w Japonii. Używając czterech połączonych cyklotronów, przyspieszono wiązkę ksenonu-124 i skierowano ją na tarczę berylową. Dzięki temu zderzeniu naukowcy wytworzyli niezwykle rzadkie jądra ksenonu-108 (108Xe), których rozpad prowadzi do powstania (¹⁰⁴Te). Ze względu na bardzo krótki czas życia badanego izotopu teluru (rzędu pojedynczych nanosekund) pomiar stanowił duże wyzwanie eksperymentalne. Dzięki zaawansowanym metodom detekcji udało się po raz pierwszy bezpośrednio zmierzyć energię oraz czas życia przemiany alfa ¹⁰⁴Te.

Uzyskane wyniki pokazują, że ¹⁰⁴Te jest najszybciej rozpadającym się przez emisję cząstki alfa jądrem w stanie podstawowym znanym obecnie fizykom. Zmierzony czas połowicznego zaniku wynosi około 7,2 nanosekundy. Analiza danych wskazuje również na wyjątkowo wysokie prawdopodobieństwo tzw. preformacji cząstki alfa, czyli jej utworzenia wewnątrz jądra jeszcze przed samym rozpadem. W przypadku telluru ¹⁰⁴Te efekt ten okazał się silniejszy niż dla wszystkich wcześniej zbadanych jąder atomowych.

Prof. Robert Grzywacz z University of Tennessee, kierujący zespołem eksperymentalnym, podkreśla, że zmierzone prawdopodobieństwo preformacji okazało się znacznie większe, niż przewidywały dotychczasowe modele teoretyczne oparte na wcześniejszych danych. Wyniki sugerują, że skłonność do tworzenia cząstek alfa wyraźnie rośnie w miarę, jak jądra atomowe zbliżają się strukturą do „podwójnie magicznej” cyny-100 (¹⁰⁰Sn). W takim układzie jądro macierzyste telluru-104 zachowuje się niemal jak sztywny rdzeń cyny-100 z już "gotową", cząstką alfa.

W skład zespołu, koordynowanego przez prof. Roberta Grzywacza, weszli badacze z University of Tennessee, Oak Ridge National Laboratory (ORNL), RIKEN, Uniwersytetu Tokijskiego, Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, Narodowego Centrum Badań Jądrowych, Universität zu Köln (Niemcy), Universidad Complutense de Madrid (Hiszpania), Lawrence Livermore National Laboratory oraz Japan Atomic Energy Agency. Wśród badaczek naszego Wydziału uczestniczących w projekcie znajdują się dr hab. Agnieszka Korgul, prof. UW, dr hab. Chiara Mazzocchi, prof. UW oraz mgr Aleksandra Skruch.

PUBLIKACJA NAUKOWA:

POWIĄZANE STRONY WWW: