Scienziati dell'Istituto di fisica moderna (IMP) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS), insieme ai loro collaboratori, hanno recentemente scoperto una struttura di tipo molecolare nello stato fondamentale dei nuclei atomici. Lo studio è stato pubblicato su Physical Review Letters .
Il nucleo atomico, un sistema quantistico a molti corpi composto da protoni e neutroni, è incredibilmente piccolo (solo circa un decimillesimo della dimensione di un atomo), ma ospita più del 99,9% della massa totale di un atomo. Le interazioni tra nucleoni creano varie strutture nucleari interessanti, che vanno dai nuclei sferici a quelli deformati e persino aloni di neutroni con scarsa densità superficiale. L'emergere di strutture a grappolo all'interno di queste formazioni è un fenomeno affascinante.
Le strutture a grappolo si vedono raramente nello stato fondamentale dei nuclei atomici. Le discussioni sulle strutture dei cluster nello stato fondamentale possono essere fatte risalire al 1938 quando i fisici teorici, attraverso l'analisi delle energie di legame nei nuclei α-coniugati, suggerirono la possibile esistenza di strutture cluster simili alle molecole α negli stati fondamentali di nuclei come il berillio -8, carbonio-12 e ossigeno-16. Tuttavia, a causa della popolarità della descrizione a particella singola del modello a guscio classico, questa ipotesi teorica è rimasta non verificata.
Utilizzando un nuovo metodo sperimentale che coinvolge la reazione cinematica inversa ad eliminazione diretta, gli scienziati dell'IMP e i loro collaboratori hanno convalidato la presenza di una struttura di tipo molecolare nello stato fondamentale del berillio-10, un nucleo ricco di neutroni.
L'esperimento è stato condotto presso la Radioactive Isotope Beam Factory (RIBF) presso il RIKEN Nishina Center in Giappone. Nell'esperimento, un raggio secondario di berillio-10, viaggiando a metà della velocità della luce, ha bombardato un bersaglio di idrogeno solido spesso 2 millimetri. I cluster α legati all'interno dei nuclei di berillio-10 sono stati eliminati dai protoni, senza quasi alcun impulso trasferito al nucleo residuo, preservando così le informazioni sulla struttura del cluster nello stato fondamentale del berillio-10.
I risultati sperimentali hanno dimostrato un notevole accordo tra le sezioni trasversali sperimentali delle reazioni knockout e le previsioni teoriche effettuate con modelli microscopici. Questa verifica supporta l'ipotesi di vecchia data riguardante la struttura dello stato molecolare dello stato fondamentale del berillio-10, suggerendo la formazione di un nucleo α-α a forma di manubrio con due neutroni di valenza che ruotano perpendicolarmente all'asse del nucleo.
"Strutture simili possono essere trovate su scala atomica, ma sono eccezionalmente rare nello stato fondamentale dei nuclei atomici", ha affermato il dottor Li Pengjie dell'IMP, primo autore dell'articolo.
Questo studio fornisce la prima prova sperimentale per la descrizione teorica delle strutture dello stato molecolare nello stato fondamentale dei nuclei atomici e apre la strada a ulteriori esplorazioni dell'evoluzione delle strutture dei cluster α negli stati fondamentali nucleari ricchi di neutroni.
Ulteriori informazioni: P. J. Li et al, Validazione della struttura molecolare dello stato fondamentale del Be10 utilizzando le misurazioni della sezione trasversale della reazione differenziale tripla del Be10(p,pα)He6, lettere di revisione fisica (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.212501
Informazioni sul giornale: Lettere di revisione fisica
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
