Una nuova misurazione ad alta precisione della pelle di neutroni nel calcio-48 doppiamente magico può aiutare a far luce sulle interazioni protone-neutrone all'interno dei nuclei. Questa è la prima misurazione elettrodebole altamente robusta della pelle di neutroni in un nucleo di peso medio. I risultati di questa nuova misurazione, realizzato dalla collaborazione 48Ca Radius EXperiment (CREX) presso il Thomas Jefferson National Accelerator Facility del DOE, sarà presentato all'Autunno 2021 della Divisione APS di Fisica Nucleare.

"Stiamo studiando un particolare nucleo ricco di neutroni chiamato calcio-48. È uno speciale isotopo del calcio che ha un eccesso di neutroni. Il nucleo è fatto di protoni e neutroni, e il calcio-48 ha più neutroni che protoni. Cerchiamo di capire come sono distribuiti in questo nucleo denso, "dice Caryn Palatchi, un ricercatore associato presso l'Università della Virginia che presenterà i risultati.

Nel nucleo stabile più massiccio misurato, piombo-208, è stato recentemente confermato che un numero relativamente uguale di protoni e neutroni si aggregano verso il nucleo, mentre i neutroni extra vengono spinti verso la frangia. Ora, i fisici nucleari stanno testando se questo è vero per il nucleo di calcio-48 ancora densamente popolato ma molto meno massiccio e stabile.

"Questo particolare isotopo ha un eccesso di neutroni e una densità elevata. Si pensa che i neutroni possano diffondersi ed estendersi oltre i protoni per creare questa pelle, una pelle di neutroni, circonda il nucleo di calcio. Stiamo cercando di misurare questa pelle e quanto è spessa, "dice Palatchi.

Lo spessore della pelle di neutroni di piombo-208 è risultato essere più spesso di quanto si pensasse una volta, con implicazioni non solo per la struttura dei nuclei, ma anche per le stelle di neutroni. Questa nuova misurazione della pelle di neutroni nel calcio-48 avrà anche nuove implicazioni per la comprensione della struttura dei nuclei da parte dei fisici nucleari.

"Il nucleo di calcio più piccolo ha meno protoni e neutroni, ed è proprio alla portata di certi tipi di calcoli che derivano da principi primi, o dall'inizio calcoli. Tra le due diverse misure, possiamo confrontarli con modelli che sono dall'inizio calcoli di interazioni nucleone-nucleone e modelli che sono per un nucleo denso uniforme, "Spiega Palatchi. "Allora, tra i due esperimenti, puoi parlare di questo paesaggio descrivendo una materia altamente densa."

L'esperimento è stato condotto nel Continuous Electron Beam Accelerator Facility, una struttura per utenti scientifici DOE. I dati sono stati presi da dicembre 2019 a marzo 2020 e da luglio a settembre 2020. Nell'esperimento, un raggio di elettroni energetici è stato diretto in un disco color argento di puro calcio-48 che aveva la forma di un disco da hockey, delle dimensioni di circa mezzo dollaro e spesso mezzo pollice.

Gli elettroni energetici interagiscono con protoni e neutroni all'interno dei nuclei di calcio tramite la forza elettrodebole. Mentre le interazioni tramite la parte elettromagnetica della forza elettrodebole conservano la parità, le interazioni tramite la parte della forza debole violano la parità.

"La parità è una simmetria speculare. Si riferisce a se dovessi cambiare l'interazione da destra a sinistra e dall'alto verso il basso, si avrebbe lo stesso risultato, "Spiega Palatchi. "Violazione della parità significa che c'è un'interazione che se ne fai un'immagine speculare, non risulta lo stesso; l'immagine speculare non è identica."

Questa caratteristica di violazione della parità consente ai fisici nucleari di concentrarsi sulle interazioni degli elettroni con i neutroni all'interno del nucleo di calcio-48.

"La violazione della parità è una firma della forza debole, e i neutroni hanno una carica debole. Così, stiamo davvero sondando i neutroni. Stiamo usando la forza debole per sondarli, "dice Palatchi.

Il risultato finale fornirà informazioni sul fattore di forma del calcio-48, la sua pelle di neutroni e il raggio dei neutroni. Le condizioni sperimentali simili consentono anche confronti tra i nuclei di calcio-48 e piombo-208.

"Ci aspettiamo di stabilire un punto di riferimento con questa misurazione. La pelle di neutroni in piombo è risultata spessa rispetto alle nostre aspettative, quindi ci aspettiamo lo stesso con il calcio, "dice Robert Michaels, uno scienziato dello staff del Jefferson Lab che presenterà anche i risultati con ulteriori discussioni. "In entrambi i casi, ci aspettiamo che questo risultato ci dica qualcosa di nuovo sulla struttura dei nuclei densi".

La prima presentazione pubblica del risultato del 48Ca Radius EXperiment (CREX) sarà fatta da Caryn Palatchi, un ricercatore associato presso l'Università della Virginia. Presenterà i primi risultati di CREX al Fall Meeting 2021 della Divisione APS di Fisica Nucleare. Robert Michaels, uno scienziato del personale del Jefferson Lab, presenterà anche i risultati con ulteriore discussione. L'incontro si terrà virtualmente dall'11 al 14 ottobre.