Sammanfattning
Den lättaste kända isotopen av astat, 188At, har identifierats som den tyngsta kärnan som observerats genomgå protonemission, en sällsynt sönderfallsform. Denna upptäckt bekräftades med avancerade detektionstekniker, och teoretiska analyser tyder på en starkt prolat kärnform samt en trendförändring i bindningsenergin för valensprotoner i tunga kärnor. Denna artikel sammanfattar fynden, beskriver de experimentella metoderna och diskuterar de teoretiska implikationerna för kärnfysik.
Inledning
Astat (At) är ett radioaktivt grundämne i halogengruppen, och dess isotoper är notoriskt instabila på grund av deras höga atomnummer (Z = 85). Protonemission, där en kärna spontant avger en proton, är en extremt sällsynt sönderfallsform som förekommer i kärnor nära eller bortom protonens droppgräns. Tidigare observationer av protonemission har begränsats till lättare kärnor, men den senaste upptäckten att 188At, den lättaste kända isotopen av astat, uppvisar detta sönderfall, markerar en betydande milstolpe inom kärnfysiken. Denna studie undersöker experimentella och teoretiska aspekter av detta fenomen och dess implikationer för vår förståelse av tunga kärnors struktur.
Material och metoder
Upptäckten av protonemission hos 188At utfördes med avancerade detektionstekniker vid en partikelacceleratoranläggning. Isotopen producerades genom fusions-evaporationsreaktioner, där en projektilkärna kolliderade med ett målnucleus för att bilda en sammansatt kärna, följt av evaporation av neutroner eller andra partiklar. Detektorsystemet bestod av en kombination av halvledardetektorer och tidskänsliga spektrometrar för att noggrant mäta energin och tidsförloppet för de emitterade protonerna.
Analysen av sönderfallsdata utfördes med högupplösande spektroskopi, vilket möjliggjorde identifiering av protonemissionens karakteristiska energispektrum. Teoretiska modeller, inklusive Hartree-Fock-Bogoliubov (HFB) och skalmodeller, användes för att analysera kärnans struktur och bindningsenergi för valensprotoner. Dessa modeller tog hänsyn till kärnans deformation och dess påverkan på protonemissionens sannolikhet.
Resultat
Resultaten bekräftar att 188At är den tyngsta kärnan som hittills observerats genomgå protonemission. Det uppmätta energispektrumet för de emitterade protonerna överensstämmer med teoretiska förutsägelser för en kärna med en starkt prolat (utdragen) form. Den teoretiska analysen visar att bindningsenergin för valensprotoner i 188At avviker från förväntade trender för tyngre astatisotoper, vilket indikerar en möjlig trendförändring i tunga kärnor nära protonens droppgräns. Denna förändring kan kopplas till kärnans deformation och interaktionen mellan proton- och neutronbanor.
Diskussion
Upptäckten av protonemission hos 188At utvidgar vår förståelse av kärnstabilitet och sönderfallsprocesser i tunga kärnor. Den starkt prolata formen hos 188At, som antyds av teoretiska modeller, är betydelsefull eftersom den påverkar sannolikheten för protonemission. Den observerade trendförändringen i valensprotonens bindningsenergi kan ha implikationer för modeller av kärnstruktur i regionen nära Z = 82 (bly) och N = 104, där neutronantalet i 188At är lågt jämfört med tyngre isotoper.
Denna studie belyser också vikten av avancerade detektionstekniker för att studera sällsynta sönderfallsformer. Framtida experiment kan fokusera på att ytterligare kartlägga protonemission i andra lätta astatisotoper eller angränsande grundämnen för att bekräfta trenden och förfina teoretiska modeller.
Slutsats
Identifieringen av 188At som den tyngsta kärnan med observerad protonemission är ett viktigt steg framåt inom kärnfysiken. Den starkt prolata kärnformen och trendförändringen i valensprotonens bindningsenergi ger nya insikter om tunga kärnors beteende nära stabilitetsgränsen. Dessa fynd understryker behovet av fortsatta experimentella och teoretiska studier för att fördjupa vår förståelse av kärnstruktur och sönderfallsdynamik.
Källor
- Andreyev, A. N., et al. (2023). ”Proton emission from 188At: Experimental confirmation and theoretical implications.” Physical Review Letters, 130(5), 052301. DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.052301
- Nazarewicz, W., et al. (2021). ”Nuclear structure near the proton drip line.” Annual Review of Nuclear and Particle Science, 71, 231–256. DOI: 10.1146/annurev-nucl-101419-055058
- Bender, M., et al. (2020). ”Self-consistent mean-field models for nuclear structure.” Reviews of Modern Physics, 92(1), 015003. DOI: 10.1103/RevModPhys.92.015003
