失踪的质量解决

一组研究人员,包括超导回旋加速器国家实验室的科学家们或NSCL和稀有同位素梁、设施或FRIB,密歇根州立大学已经解决了锆- 80的失踪的质量。

公平地说,他们也打破了。实验表明,锆- 80锆原子与40个40质子和中子在其核心或核——比预期,轻使用NSCL无与伦比的创建稀有同位素和分析能力。然后FRIB理论家能够占失踪小说使用先进的核模型和统计方法。

“核理论和实验之间的相互作用就像一个协调的舞蹈,“亚历克Hamaker说,研究生研究助理和这项研究的第一作者团队11月25日发表在《自然》杂志上物理。“每个轮流领导和下面。”

“有时候理论使提前预测,其他时候实验发现事情没有达到预期,”Ryan Ringle说,FRIB实验室的资深科学家,在该集团的锆- 80质量测量。Ringle也是一个兼职的物理学副教授FRIB和密歇根州立大学的自然科学学院的物理学和天文学。

“他们互相推动,导致更好的理解细胞核,基本上是我们接触的一切,”他说。

所以这个故事比一个核。在某种程度上,这是一个预览的力量FRIB,核科学用户设备支持的核物理办公室在美国能源部科学办公室。

明年当用户操作开始,来自世界各地的核科学家将有机会与FRIB罕见同位素的技术来创建去其他地方学习是不可能的。他们还将有机会与FRIB专家来了解这些研究的结果及其影响。知识的应用,帮助科学家更有意义的宇宙改善癌症治疗。

“我们在前进到FRIB时代,我们可以测量像我们所做的那么多,“Ringle说。“我们可以进一步推动。有足够的能力来让我们学习了几十年。”

也就是说,锆- 80是一个很有趣的原子核本身。

首先,这是一个艰难的细胞核,但罕见的细胞核NSCL的专长。设施产生足够的锆- 80使Ringle Hamaker和他们的同事来确定它的质量以前所未有的精度。要做到这一点,他们用所谓的潘宁阱质谱仪NSCL Low-Energy-Beam和离子阱,或LEBIT设施。

“人们衡量这个质量,但从未精确,”Hamaker说。”,揭示了一些有趣的物理。”

“当我们做质量测量精确的水平,我们实际上测量的数量质量的失踪,“Ringle说。“原子核的质量不仅仅是质子和中子的质量的总和。有缺失的质量表现为能源将原子核在一起。”

这就是科学最著名的方程可以解释的事情之一。在爱因斯坦的E = mc2, E代表能量和m代表质量(c是光速的象征)。这意味着质量和能量是等价的,尽管这只变得明显在极端条件下,如发现一个原子的核心。

当一个原子核结合能,这意味着它有一个严格控制的质子和中子质量——这将会有更多的失踪。这有助于解释锆- 80的情况。原子核结合紧密,这种新的测量显示绑定甚至强于预期。

这意味着FRIB的理论家们必须找到一个解释,他们会从几十年前的预测提供一个答案。例如,论者怀疑锆- 80核可能是魔法。

经常,一个特定的核雄鹿它的质量预期将有一个特别的质子或中子的数量。物理学家称这些为神奇的数字。理论提出,锆- 80有一个特殊的数目的质子和中子,使其双重魔力。

早期的实验表明,锆- 80的形状更像是橄榄球或美式足球比一个球体。理论预测,形状可以产生这种双重公映。最精确的测量的锆- 80的质量到目前为止,科学家们用坚实的数据可以支持这些想法。

“理论家曾预测,锆- 80是一个畸形doubly-magic核在30年前,“Hamaker说。“实验花了一些时间来学习舞蹈和理论家提供证据。既然有证据,理论家可以接下来的几个步骤在跳舞。”

所以继续跳舞,来扩展隐喻,NSCL, FRIB,密歇根州立大学提供最好的舞厅之一。它拥有一个独一无二的设施、专家工作人员和国家的顶级核物理研究生项目。

“我能够在全国用户现场设备工作在核科学的前沿话题,“Hamaker说。“这经历让我发展关系和学习实验室的许多工作人员和研究人员。这个项目是成功的,因为他们的奉献精神科学和世界领先的实验室设施和设备。”

参考
Hamaker, Leistenschneider E, Jain r . et al .精度质量测量的轻量级自共轭核80锆。Nat。物理。(2021)。doi:10.1038 / s41567 - 021 - 01395 - w

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