Детектор ядерной структуры

Ядра химических элементов подразделяют на стабильные и нестабильные. Первых известно 270, вторых — на порядок больше. Исследование вторых позволяют обнаружить интересные явления, например аномалии уровней энергии ядер или изменения характерных магических чисел, то есть числа нуклонов самых долгоживущих ядер. При изучении структурных изменений ядра физики обычно определяют его квантовые состояния, внутреннюю энергию, спин и др.

Группа японских физиков, руководимая профессором Тадаюки Такахаси (Tadayuki Takahashi) из Института физики и математики Вселенной имени Кавли, предложила для таких исследований использовать точный астрономический прибор. Это камера Комптона, регистрирующая поляризацию гамма-излучения, которое испускают ядра при переходах между уровнями энергии. Многослойная камера содержит чувствительный полупроводниковый датчик на основе теллурида кадмия, который обладает высокой пространственной точностью.

Чтобы оценить работу камеры, физики провели эксперименты. Пучки протонов направляли на тонкую железную пленку-мишень и приводили ядра ⁵⁶Fe в возбужденное состояние. Камера измеряла испускаемое ими поляризованное гамма-излучение с энергией 847 кэВ, что позволило детально проанализировать это событие.

Авторы исследования отмечают, что новый метод значительно снижает неточность при определении спина и четности квантовых состояний в редких атомных ядрах и позволяет уверенно фиксировать изменения в ядерной структуре. Опыт подтвердил, что комптоновская камера на датчике из CdTe вполне может стать новым гамма-поляриметром для изучения редких радиоактивных ядер, включая экзотические и нестабильные, теоретическое описание которых находится в зачаточном состоянии. Статью об исследовании можно прочитать на сайте журнала Scientific Reports.