Un gruppo di ricercatori ha utilizzato apparecchiature originariamente destinate all'osservazione astronomica per catturare trasformazioni nella struttura nucleare dei nuclei atomici, riporta un nuovo studio in Scientific Reports .
Un nucleo è formato da protoni e neutroni. In natura esistono circa 270 nuclei stabili, ma questo numero sale fino a 3.000 se si includono i nuclei instabili. Recenti ricerche sui nuclei instabili hanno scoperto fenomeni non osservati nei nuclei stabili, comprese anomalie nei livelli di energia, la scomparsa dei numeri magici e l'emergere di nuovi numeri magici.
Per studiare questi cambiamenti strutturali, è importante determinare gli stati quantistici, l’energia interna, lo spin e la parità dello stato. I metodi convenzionali sono stati limitati dalla difficoltà di bilanciare sensibilità ed efficienza di rilevamento durante l'analisi delle caratteristiche elettromagnetiche delle transizioni.
Ora i ricercatori hanno utilizzato la loro fotocamera Compton a semiconduttore multistrato per catturare la polarizzazione dei raggi gamma emessi dai nuclei atomici. Questo rivela la struttura interna dei nuclei atomici.
Questo metodo riduce significativamente le incertezze nella determinazione dello spin e della parità per gli stati quantistici nei nuclei atomici rari, rendendo possibile catturare le trasformazioni nella struttura nucleare.
La fotocamera Compton include un sensore di imaging a semiconduttore al tellururo di cadmio (CdTe), originariamente progettato per l'osservazione astronomica. Ha un'elevata efficienza di rilevamento e una precisione precisa nella determinazione della posizione. Il gruppo di ricerca ha utilizzato questa fotocamera in esperimenti di spettroscopia nucleare controllando artificialmente sia la posizione che l'intensità delle emissioni di raggi gamma dal bersaglio, consentendo un'analisi dettagliata degli eventi di diffusione e realizzando una misurazione della polarizzazione altamente sensibile.
I ricercatori hanno sfruttato la precisione di posizionamento di un sensore di immagine di tipo pixel e hanno utilizzato esperimenti con l'acceleratore RIKEN Pelletron per valutare le prestazioni della fotocamera. I fasci di protoni sono stati diretti verso un sottile film di ferro, generando il primo stato eccitato dei nuclei 56Fe. Sono stati misurati i raggi gamma emessi, rivelando una struttura di picco.
Il team è riuscito a estrarre la distribuzione dell'angolo di azimut dello scattering. La sensibilità straordinariamente elevata nel catturare la polarizzazione dei raggi gamma è stata ottenuta con un'efficienza di rilevamento affidabile. Questa prestazione è fondamentale per studiare la struttura dei nuclei radioattivi rari.
Questa ricerca potrebbe aprire la strada a una comprensione più profonda dei principi fondamentali alla base della formazione dell'universo e delle caratteristiche della materia, compreso il processo di disintegrazione dei numeri magici in nuclei esotici e instabili.
Il gruppo di ricerca comprendeva il professor Tadayuki Takahashi del Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI-Kavli IPMU) e lo studente laureato (al momento della ricerca) Yutaka Tsuzuki, insieme ai ricercatori del RIKEN Cluster for Pioneering Research Ueno Nuclear Spectroscopy Laboratory Shintaro Go. e Hideki Ueno, Hiroki Yoneda del RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science Cosmic Radiation Laboratory, Yuichi Ichikawa, professore associato dell'Università di Kyushu, e Tatsuki Nishimura, professore associato dell'Università della città di Tokyo.
Ulteriori informazioni: S. Go et al, Dimostrazione della polarimetria dei raggi gamma nucleari basata su una fotocamera Compton CdTe multistrato, Rapporti scientifici (2024). DOI:10.1038/s41598-024-52692-2
Informazioni sul giornale: Rapporti scientifici
Fornito dall'Istituto Kavli per la fisica e la matematica dell'universo, Università di Tokyo
