Kärnfysiker vid University of Tennessee har gjort tre viktiga fynd om den snabba neutroninfångningsprocessen som bildar tunga grundämnen som guld i stjärnhändelser. Deras forskning, utförd vid CERN:s ISOLDE-anläggning, klargör hur instabila atomkärnor sönderfaller. Resultaten, publicerade i Physical Review Letters, kan förfina modeller för grundämnesbildning i universum.
Tunga grundämnen som guld och platina uppstår i extrema kosmiska händelser, som kolliderande stjärnor, genom den snabba neutroninfångningsprocessen, känd som r-processen. I denna kedjereaktion absorberar atomkärnor neutroner snabbt, blir instabila och sönderfaller till stabila former. Forskare har länge kämpat med att detaljera dessa kärntransformationer, särskilt för sällsynta, kortlivade isotoper. A team from the University of Tennessee, including graduate students Peter Dyszel and Jacob Gouge, professor Robert Grzywacz, associate professor Miguel Madurga, and research associate Monika Piersa-Silkowska, addressed this gap. They built on data analysis by research assistant professor Zhengyu Xu. The experiments used large quantities of the rare isotope indium-134, produced and purified at CERN's ISOLDE Decay Station. ”Dessa kärnor är svåra att tillverka och kräver mycket ny teknik för att syntetiseras i tillräckliga mängder”, förklarade Grzywacz. Indium-134 sönderfaller till exciterade tillstånd av tin-134, tin-133 och tin-132. Med hjälp av en specialiserad neutron-detektor byggd vid UT och finansierad av National Science Foundation uppnådde forskarna tre genombrott. Först mätte de neutronenergier i beta-fördröjd två-neutronemission för första gången i en r-processkärna. ”Två-neutronemissionen är det största”, sa Grzywacz och noterade utmaningen att skilja en eller två neutroner åt på grund av deras beteende. Detta öppnar nya vägar för att studera exotiska kärnor. För det andra observerade de ett förutsagt enkelpartikel-neutrontillstånd i tin-133, som sökts i 20 år. ”Folk har letat efter det i 20 år och vi hittade det”, uppgav Grzywacz. Detta tillstånd fungerar som ett mellansteg i två-neutronemission och visar att kärnan behåller ett 'minne' av sin bildning, vilket utmanar idén om en 'amnestisk kärna'. För det tredje fann teamet en icke-statistisk population av detta tillstånd, som avviker från förväntade mönster i renare sönderfallsmiljöer. Grzywacz liknade typiska sönderfall vid 'ärtsoppa' men noterade att detta fall inte följde mönstret. Dyszel, studiens huvudförfattare från Jacksonville, Florida, hanterade mycket av den experimentella uppställningen och dataanalysen. Hans arbete belyser möjligheter för forskare i början av karriären inom kärnfysik. Fynden tyder på att nuvarande modeller kan behöva uppdateras för exotiska kärnor, vilket förbättrar förutsägelserna för skapandet av tunga grundämnen.
