Un grupo de investigadores ha utilizado equipos originalmente destinados a la observación astronómica para capturar transformaciones en la estructura nuclear de los núcleos atómicos, informa un nuevo estudio en Scientific Reports .
Un núcleo está formado por protones y neutrones. En la naturaleza existen alrededor de 270 núcleos estables, pero este número aumenta hasta 3.000 si se incluyen los núcleos inestables. Investigaciones recientes sobre núcleos inestables han descubierto fenómenos que no se observan en núcleos estables, incluidas anomalías en los niveles de energía, la desaparición de números mágicos y la aparición de nuevos números mágicos.
Para estudiar estos cambios estructurales, es importante determinar los estados cuánticos, la energía interna, el espín y la paridad del estado. Los métodos convencionales se han visto limitados por la dificultad de equilibrar la sensibilidad y la eficiencia de detección al analizar las características electromagnéticas de las transiciones.
Ahora los investigadores han utilizado su cámara Compton semiconductora multicapa para capturar la polarización de los rayos gamma emitidos por los núcleos atómicos. Esto revela la estructura interna de los núcleos atómicos.
Este método reduce significativamente las incertidumbres en la determinación del espín y la paridad de los estados cuánticos en núcleos atómicos raros, lo que permite capturar transformaciones en la estructura nuclear.
La cámara Compton incluye un sensor de imágenes semiconductor de telururo de cadmio (CdTe), que fue diseñado originalmente para la observación astronómica. Tiene una alta eficiencia de detección y precisión en la determinación de la posición. El grupo de investigación utilizó esta cámara en experimentos de espectroscopia nuclear para controlar artificialmente tanto la posición como la intensidad de las emisiones de rayos gamma del objetivo, lo que permitió un análisis detallado de los eventos de dispersión y realizó una medición de polarización altamente sensible.
Los investigadores aprovecharon la precisión posicional de un sensor de imágenes de tipo píxel y utilizaron experimentos con el acelerador RIKEN Pelletron para evaluar el rendimiento de la cámara. Los haces de protones se dirigieron a un objetivo de película delgada de hierro, generando el primer estado excitado de los núcleos de 56Fe. Se midieron los rayos gamma emitidos y se reveló una estructura de pico.
El equipo logró extraer la distribución del ángulo de dispersión del acimut. La sensibilidad notablemente alta para capturar la polarización de los rayos gamma se obtuvo con una eficiencia de detección confiable. Esta actuación es crucial para investigar la estructura de núcleos radiactivos raros.
Esta investigación podría allanar el camino para una comprensión más profunda de los principios fundamentales que subyacen a la formación del universo y las características de la materia, incluido el proceso de desintegración de números mágicos en núcleos exóticos e inestables.
El equipo de investigación incluyó al profesor Tadayuki Takahashi del Instituto Kavli para la Física y las Matemáticas del Universo (WPI-Kavli IPMU) y al estudiante graduado (en el momento de la investigación) Yutaka Tsuzuki, junto con el grupo RIKEN para investigaciones pioneras del Laboratorio de Espectroscopia Nuclear de Ueno, Shintaro Go. y Hideki Ueno, el Laboratorio de Radiación Cósmica del Centro RIKEN Nishina para Ciencias Basadas en Aceleradores, Hiroki Yoneda, el Profesor Asociado de la Universidad de Kyushu, Yuichi Ichikawa, y el Profesor Asociado de la Universidad de la Ciudad de Tokio, Tatsuki Nishimura.
Más información: S. Go et al, Demostración de polarimetría de rayos gamma nuclear basada en una cámara CdTe Compton multicapa, Scientific Reports (2024). DOI:10.1038/s41598-024-52692-2
Información de la revista: Informes científicos
Proporcionado por el Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo, Universidad de Tokio
