Investigadores del Laboratorio Nacional de Ciclotrón Superconductor NSCL en la Universidad Estatal de Michigan MSU y TRIUMF acelerador de partículas nacional de Canadá han observado una desintegración nuclear rara. A saber, el equipo midió protones de baja energía cinética emitidos después de la desintegración betade un núcleo rico en neutrones berilio 11. El equipo de investigación presentó sus resultados en un artículo publicado recientemente en Cartas de revisión física .
Un núcleo atómico con muchos más neutrones que protones es rico en neutrones e inestable. Eliminará el exceso de neutrones para estabilizarse a través del proceso de desintegración beta. La desintegración beta es común en los núcleos atómicos. En este proceso, el núcleo emiteuna partícula beta y transforma un neutrón en un protón, o un protón en un neutrón.
Menos común es la emisión de protones después de la desintegración beta de un núcleo rico en neutrones. La emisión de protones con retardo beta, observada hace más de 40 años, generalmente ocurre en núcleos ricos en protones. Para los núcleos cargados de neutrones, desafía las leyes de energía paraemiten protones después de la desintegración beta a menos que los neutrones estén unidos libremente y esencialmente libres. Esta condición puede cumplirse en los llamados núcleos de halo, donde uno o dos neutrones orbitan el núcleo restante a una distancia considerable.
"Hay pocos núcleos ricos en neutrones para los cuales puede producirse la evasiva emisión de protones después de la desintegración beta", dijo Yassid Ayyad, físico de sistemas de detectores en NSCL, que forma parte del equipo de investigación que observó la desintegración rara. "Berilio-11es el más prometedor. Se convierte en berilio-10 después de la desintegración beta en boro-11 y la posterior emisión de protones. La desintegración radiactiva exótica que observamos representa un nuevo desafío para la comprensión de los núcleos exóticos, en particular para los núcleos halo ".
De acuerdo con los experimentos en la instalación en línea del separador de masa de isótopos ISOLDE en la Organización Europea para la Investigación Nuclear CERN y la instalación del Acelerador de Investigación Ambiental de Viena VERA en Viena, la probabilidad de emisión de protones con retraso beta enun núcleo rico en neutrones es inesperadamente alto. Los investigadores no observaron directamente los protones provenientes de la desintegración del berilio 11. Esto ha llevado a especulaciones que involucran una desintegración extremadamente exótica. En lugar de emitir un protón, el halo neutrón se transformaría en una oscuridad indetectable-material de partículas. La materia oscura es una sustancia hipotética invisible. Puede consistir en partículas exóticas que no interactúan con la materia normal o la luz pero que aún ejercen una atracción gravitacional.
Ayyad enfatizó la importancia de esta especulación. "Este escenario, si se confirma, representaría la primera observación indirecta de la materia oscura", dijo.
El equipo de ISOLDE / VERA sugirió otra explicación, menos exótica, de la alta tasa de descomposición. Se trata de una resonancia estrecha en el boro-11 cerca del umbral de energía donde el núcleo puede emitir un protón. Este escenario es una reminiscencia de ladescubrimiento del estado de Hoyle, un estado excitado de carbono 12 que está muy cerca de la energía de separación de partículas alfa, el umbral de energía sobre el cual el núcleo puede emitir una partícula alfa helio-4. El astrónomo Fred Hoyle propuso por primera vez este estadoen 1954 para explicar la producción de carbono en las estrellas.
"Uno de los resultados más emocionantes de este trabajo es que la emisión de protones avanza a través de un estado de resonancia estrecho y altamente excitado en el núcleo de boro-11", dijo Ayyad, confirmando así el escenario "tipo Hoyle" que involucra el umbralresonancia.
El equipo utilizó la Cámara de proyección de tiempo objetivo activo AT-TPC desarrollada en NSCL para realizar el experimento. Este detector lleno de gas tiene una probabilidad de detección muy grande y proporciona la energía de la partícula con alta precisión y precisión. El detectorentrega una imagen tridimensional de las partículas cargadas emitidas en la descomposición del berilio-11, incluida la información sobre su energía. El separador de isótopos y acelerador TRIUMF entregó un haz de berilio-11. Los experimentadores implantaron el haz en el medio del detector para capturarsus modos de descomposición. El berilio-11 se descompuso en berilio-10 y un protón, con una distribución de energía estrecha solo el 0.0013 por ciento del tiempo. Se cree que el berilio-10, junto con el protón de descomposición, forma un núcleo de boro-11 conenergía de alta excitación que existe durante un breve período de tiempo.
Esta investigación es de interés para futuros estudios. El AT-TPC y los intensos haces de isótopos raros proporcionados por la Instalación para haces de isótopos raros FRIB en MSU harán posible caracterizar esta nueva resonancia y encontrar otras más exóticasemisores de partículas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instalación de la Universidad Estatal de Michigan para haces de isótopos raros . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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