I ricercatori dell'Università di Pechino in Cina hanno osservato con successo l'inafferrabile 02 + stato di 8 He, rivelando una nuova struttura a grappolo con due coppie di neutroni fortemente correlate. Questa scoperta fornisce informazioni sulle strutture nucleari esotiche e sulle loro potenziali implicazioni per la comprensione delle stelle di neutroni. I risultati sono pubblicati in Physical Review Letters .
Il modello nucleare convenzionale in fisica presuppone un’immagine a particella singola in cui nucleoni, protoni e neutroni si muovono indipendentemente all’interno di un nucleo, formando una struttura a guscio ben definita. Governati da un potenziale medio creato dalle forze nucleari, i nucleoni riempiono livelli energetici o gusci distinti, portando a una maggiore stabilità associata ai numeri magici.
Questo modello, radicato nella meccanica quantistica, spiega con successo la struttura e la stabilità nucleare, ma incontra limitazioni quando si affrontano nuclei esotici, in particolare quelli ricchi di neutroni e instabili.
Il primo autore dello studio, il Prof. Zaihong Yang, ha spiegato le motivazioni del team a Phys.org:"Come fisico nucleare, uno dei nostri obiettivi primari è capire qual è la struttura del nucleo e come nasce dalle complesse interazioni nucleari tra i nucleoni costituenti."
Di particolare interesse è la struttura a grappolo simile a un condensato nel nucleo ricco di neutroni 8 Lui.
"Uno stato di cluster simile a un condensato composto da un cluster alfa più due cluster di dineutroni è stato teoricamente previsto nel nucleo ricco di neutroni 8 Lui, ma la sua osservazione sperimentale è rimasta sfuggente a causa della difficoltà sia nella produzione che nell'identificazione di questo stato di cluster esotico," ha affermato il Prof. Yang.
Stati cluster e stati risonanti di 8 Lui
Lo stato di cluster menzionato si riferisce a una configurazione nucleare specifica nel nucleo ricco di neutroni 8 Lui.
In questo stato, due coppie di neutroni fortemente correlate, note come cluster di dineutroni, si combinano con un cluster alfa (quattro nuclei di elio), formando quella che i ricercatori descrivono come una "struttura a cluster simile a un condensato".
Il termine "simile a condensato" traccia un'analogia con i condensati di Bose-Einstein (BEC), uno stato della materia formato a temperature estremamente basse.
Nei BEC, particelle come gli atomi occupano lo stesso stato quantistico, esibendo un comportamento collettivo. Allo stesso modo, nel contesto di 8 Nello stato di cluster, il termine suggerisce che i due cluster di dineutroni e il cluster alfa contribuiscono collettivamente alla struttura nucleare.
I cluster di dineutroni sono indicati come 02 + , dove "0" indica la parità di spin (in questo caso, spin 0), il "2" è lo stato energetico e il "+" è la parità (positiva).
Per osservare lo stato teorizzato, il gruppo di ricerca ha eseguito un esperimento di diffusione nucleare presso il Centro RIKEN Nishina in Giappone. Questo sforzo sperimentale è stato progettato per sondare e analizzare lo stato teorizzato del cluster all'interno di 8 Lui.
L'attenzione si è concentrata su caratteristiche distintive, tra cui la sfuggente parità di spin dello stato dell'ammasso, una forza di transizione isoscalare del monopolo insolitamente considerevole e l'emissione di una coppia di neutroni fortemente correlata.
"Insieme ai calcoli teorici all'avanguardia, i nostri risultati forniscono una forte prova che i quattro neutroni di valenza nello 02 + stato eccitato di 8 Può formare due coppie di neutroni fortemente correlate (cluster di dineutroni) e formare ulteriormente una struttura esotica di cluster simile a un condensato," ha spiegato il prof. Yanlin Ye, secondo autore dello studio.
Questo risultato non solo convalida le previsioni teoriche, ma sottolinea anche l'ingegnosità richiesta nella progettazione sperimentale per destreggiarsi tra le complessità della fisica nucleare.
A proposito di ciò, il Prof. Yang ha detto:"Un'implicazione immediata della nostra scoperta è che i nuclei instabili che si trovano al limite della stabilità possono mostrare strutture esotiche che sono distinte dalle immagini convenzionali a singola particella o modello a guscio, richiedendo un miglioramento dei processi nucleari". teorie della struttura."
"Inoltre, mentre il nucleo è essenzialmente costituito da nucleoni fermionici (protoni e neutroni), i nostri risultati mostrano che la struttura di questo 02 + lo stato è tuttavia bosonico, uno stato di cluster analogo a BEC, composto da due cluster di dineutroni e un cluster alfa."
Lo 02 osservato + stato di 8 Ha implicazioni che vanno oltre la fisica nucleare e quantistica. Ha un profondo significato per la nostra comprensione dei fenomeni astrofisici, in particolare il processo di raffreddamento delle stelle di neutroni e i problemi nelle pulsar.
Il dottor Yang ha chiarito il potenziale legame tra 02 + stelle di stato e di neutroni. La struttura a grappolo simile a un condensato osservata si allinea con l’inizio suggerito di superfluidità di neutroni all’interno delle stelle di neutroni. Questo fenomeno è simile alla condensazione delle coppie di Cooper di elettroni nei superconduttori.
"Anche se non possiamo visitare una vera stella di neutroni per acquisire la sua materia densa e ricca di neutroni, le sue proprietà possono essere dedotte da esperimenti con nuclei finiti in laboratorio."
"Lo 02 + Lo stato di condensazione delle coppie di neutroni offre preziose informazioni sulla formazione di uno stato di condensazione di coppie di neutroni. È importante sottolineare che potrebbe essere uno stato precursore per un condensato macroscopico di coppie di neutroni in sistemi ricchi di neutroni, comprese le stelle di neutroni," ha spiegato.
Questa connessione tra fisica nucleare e astrofisica non solo migliora la nostra comprensione delle strutture nucleari esotiche, ma contribuisce anche a svelare i misteri dei fenomeni cosmici, facendo luce sull'intricata interazione tra il mondo microscopico dei nuclei e i regni macroscopici delle stelle di neutroni e delle pulsar.
Nel prevedere il percorso da seguire, i ricercatori prevedono di estendere le misurazioni ad altri nuclei ricchi di neutroni che si trovano attorno alla linea di gocciolamento dei neutroni (il limite dell'esistenza sulla carta nucleare).
"Siamo particolarmente interessati a come la struttura a grappolo simile a un condensato si evolve con più cluster di dineutroni. Esplorare sistemi costituiti esclusivamente da neutroni, come tetraneutroni ed esaneutroni, aggiunge intrigo."
"La produzione e l'identificazione di tali stati sono impegnative, ma la costruzione di impianti di fasci ionici radioattivi a livello mondiale e di nuovi sistemi di rilevamento offre buone opportunità", ha concluso il prof. Ye.
Ulteriori informazioni: ZH Yang et al, Osservazione dell'esotico 02 + Stato del cluster in 8 Lui, Lettere di revisione fisica (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.242501
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