Una nueva medición de alta precisión de la piel del neutrón en calcio-48 doblemente mágico puede ayudar a arrojar luz sobre las interacciones protón-neutrón dentro de los núcleos. Esta es la primera medición electrodébil altamente robusta de la piel de neutrones en un núcleo de peso medio. Los resultados de esta nueva medición, realizado por la colaboración 48Ca Radius EXperiment (CREX) en la Instalación del Acelerador Nacional Thomas Jefferson del DOE, se presentará en la reunión de otoño de 2021 de la División de Física Nuclear de APS.

"Estamos estudiando un núcleo rico en neutrones llamado calcio-48. Es un isótopo especial de calcio que tiene un exceso de neutrones. El núcleo está hecho de protones y neutrones, y el calcio-48 tiene más neutrones que protones. Estamos tratando de entender cómo se distribuyen en este núcleo denso, "dice Caryn Palatchi, un investigador asociado de la Universidad de Virginia que presentará los resultados.

En el núcleo estable más masivo medido, plomo-208, Recientemente se confirmó que un número relativamente igual de protones y neutrones se congrega hacia el núcleo, mientras que los neutrones adicionales son empujados al margen. Ahora, Los físicos nucleares están probando si esto es cierto para el núcleo de calcio-48 aún densamente poblado pero mucho menos masivo y estable.

"Este isótopo en particular tiene un exceso de neutrones y una densidad alta. Se cree que los neutrones pueden extenderse y extenderse más allá de los protones para crear esta piel". una piel de neutrones, que rodea el núcleo de calcio. Estamos tratando de medir esta piel y qué tan gruesa es, "Dice Palatchi.

Se descubrió que el grosor de la capa de neutrones del plomo-208 era más grueso de lo que se pensaba, con implicaciones no solo para la estructura de los núcleos, sino también para las estrellas de neutrones. Esta nueva medición de la piel de neutrones en calcio-48 también tendrá implicaciones novedosas para la comprensión de la estructura de los núcleos por parte de los físicos nucleares.

"El núcleo de calcio más pequeño tiene menos protones y neutrones, y está al alcance de ciertos tipos de cálculos que provienen de los primeros principios, o ab initio cálculos. Entre las dos medidas diferentes, podemos compararlos con modelos que son ab initio cálculos de interacciones nucleón-nucleón y modelos que son para un núcleo denso uniforme, "Palatchi explica." Entonces, entre los dos experimentos, se puede hablar de este paisaje describiendo materia muy densa ".

El experimento se llevó a cabo en la instalación del acelerador de haz de electrones continuo, una instalación para usuarios científicos del DOE. Los datos se tomaron de diciembre de 2019 a marzo de 2020 y de julio a septiembre de 2020. En el experimento, un haz de electrones energéticos se dirigió hacia un disco plateado de calcio-48 puro que tenía la forma de un disco de hockey, del tamaño de medio dólar y media pulgada de grosor.

Los electrones energéticos interactúan con los protones y neutrones dentro de los núcleos de calcio a través de la fuerza electrodébil. Si bien las interacciones a través de la parte electromagnética de la fuerza electrodébil conservan la paridad, las interacciones a través de la parte de fuerza débil violan la paridad.

"La paridad es una simetría especular. Se refiere a si cambiaras la interacción de derecha a izquierda y de arriba a abajo, el mismo resultado ocurriría, "Explica Palatchi." Violación de la paridad significa que hay una interacción que, si se hace una imagen especular de ella, no resulta lo mismo; la imagen especular no es idéntica ".

Esta característica de violación de la paridad permite a los físicos nucleares concentrarse en las interacciones de los electrones con los neutrones dentro del núcleo de calcio-48.

"La violación de la paridad es una firma de la fuerza débil, y los neutrones tienen una carga débil. Entonces, realmente estamos probando los neutrones. Estamos usando la fuerza débil para sondearlos "Dice Palatchi.

El resultado final proporcionará información sobre el factor de forma de calcio-48, su piel de neutrones y el radio de neutrones. Las condiciones experimentales similares también permiten comparaciones entre núcleos de calcio-48 y plomo-208.

"Esperamos establecer un punto de referencia con esta medición. La piel de neutrones en el plomo resultó gruesa en relación con nuestras expectativas, por lo que esperamos lo mismo con el calcio, "dice Robert Michaels, un científico del personal del Jefferson Lab que también presentará los resultados con una discusión más detallada. "De cualquier manera, esperamos que este resultado nos diga algo nuevo sobre la estructura de los núcleos densos ".

La primera presentación pública del resultado del 48Ca Radius EXperiment (CREX) correrá a cargo de Caryn Palatchi, investigador asociado en la Universidad de Virginia. Ella presentará los primeros resultados de CREX en la reunión de otoño de 2021 de la División de Física Nuclear de APS. Robert Michaels, un científico del personal en Jefferson Lab, también presentará los resultados con mayor discusión. La reunión se llevará a cabo prácticamente del 11 al 14 de octubre.