Configurazione sperimentale nel presente lavoro. La linea del fascio secondario RIBLL viene mostrata con la scala delle distanze corrispondente. Nell'area in basso a sinistra, l'esaurimento dell'isomero di 93m Mo è abbozzato insieme al decadimento spontaneo dell'isomero di lunga durata. La configurazione per l'impianto e il rilevamento è mostrata nell'area in alto a destra. Credito:Lettere di revisione fisica (2022). DOI:10.1103/PhysRevLett.128.242502
Un ambiente "oscuro" è stato creato presso la Radioactive Ion Beam Line a Lanzhou (RIBLL), in Cina, per cercare un debole lampo di luce come prova dell'esaurimento degli isomeri. Tale esaurimento è necessario per sfruttare l'energia nucleare immagazzinata in stati isomerici di lunga durata attraverso il processo di eccitazione nucleare per cattura di elettroni (NEEC).
Tuttavia, in questo esperimento indipendente, non sono state osservate prove di esaurimento degli isomeri. I risultati sono stati pubblicati in Lettere di revisione fisica il 17 giugno, con la probabilità NEEC misurata a meno di 2×10 -5 , mettendo così in dubbio la prima osservazione sperimentale segnalata di NEEC nel 2018.
Diversi milioni di elettronvolt possono essere immagazzinati in un nucleo atomico. Pertanto, gli isomeri di lunga durata con elevate energie di eccitazione sono considerati materiali ideali per l'accumulo di energia, con un'elevata densità di energia, lunghi periodi di conservazione ed eccellente stabilità.
Tuttavia, controllare artificialmente il processo di rilascio dell'energia è una grande sfida. Il consenso scientifico prevede che il rapido rilascio di energia isomerica sia ottenuto mediante esaurimento dell'isomero, cioè eccitando l'isomero in uno stato eccitato adiacente che decade immediatamente allo stato fondamentale. Gli scienziati hanno proposto diversi metodi, tra i quali NEEC ha attirato un'attenzione particolare.
La prima osservazione sperimentale di NEEC è stata riportata nel 2018 con una probabilità di eccitazione misurata dell'1,0 (3)%, che è di circa nove ordini di grandezza maggiore dell'aspettativa teorica. Successivamente, i ricercatori hanno evidenziato una possibile sovrastima a causa della contaminazione da uno sfondo gamma pesante. Questo commento e la relativa risposta hanno indotto un vivace dibattito sulla validità dell'osservazione NEEC riportata, richiedendo la verifica da un'altra misurazione indipendente. Il dibattito si è concentrato sul fatto che i ricercatori abbiano considerato sufficientemente l'effetto del pesante sfondo gamma.
Per riesaminare l'esaurimento degli isomeri, i ricercatori dell'Istituto di fisica moderna (IMP) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) e i loro collaboratori hanno utilizzato un raggio di isomeri per evitare la contaminazione dal fondo gamma pesante. L'esperimento è stato condotto al RIBLL, che è ospitato presso l'Heavy Ion Research Facility di Lanzhou.
"Il nostro esperimento è stato progettato per sfuggire allo sfondo gamma. Nel lavoro precedente, i ricercatori hanno cercato gli scarsi fotoni speciali in una luce intensa, come cercare una lucciola alla luce del sole. Per un'indagine raffinata, l'abbiamo guidata nell'oscurità", ha detto Guo Song, ricercatore dell'Imp.
In questo esperimento, 93 milioni I residui di Mo sono stati prodotti nella posizione target primaria e trasportati alla fine di RIBLL per studiare l'esaurimento degli isomeri durante il processo di rallentamento degli ioni in un ambiente di fondo a raggi gamma bassi.
I ricercatori non hanno osservato l'esaurimento degli isomeri a uno sfondo gamma così basso. La probabilità di eccitazione è stata determinata essere inferiore a 2×10 -5 , che è significativamente inferiore alla probabilità precedentemente riportata e coerente con i calcoli teorici.
Guo ha notato che c'erano diverse differenze nell'impostazione tra i due esperimenti, ma "lo sfondo gamma è ancora il fattore più sorprendente".
"L'esperimento che riportano è dimostrabilmente superiore al lavoro precedente in quanto i 93 milioni Il nucleo di Mo formatosi in una reazione di evaporazione per fusione è stato separato dal raggio incidente attraverso l'attraversamento del separatore RIBLL. Ciò consente di ottenere un segnale di basso fondo che ha definitivamente limitato il tasso di NEEC", ha affermato un editore di Physical Review Letters .
Vale la pena notare che è il primo tentativo di utilizzare un fascio di isomeri negli studi sui NEEC. La sensibilità sperimentale significativamente aumentata indica che si tratta di un approccio promettente per lo studio dell'esaurimento degli isomeri. + Esplora ulteriormente
