Астрономы переоборудовали прибор, чтобы заглянуть в сердце атома

Традиционно изучение структуры атомных ядер, состоящих из протонов и нейтронов, опиралось на методы с ограничениями. Хотя существуют тысячи стабильных ядер, понимание нестабильных представляет собой уникальную проблему. Недавние открытия выявили интригующие явления внутри этих нестабильных ядер, включая неожиданные энергетические уровни и неуловимое «исчезновение» и появление магических чисел" - специфических конфигураций, которые диктуют стабильность. Чтобы глубже проникнуть в эти структурные трансформации, ученым необходимо определить квантовое состояние, энергию, спин и четность ядер. Однако при анализе электромагнитных сигнатур этих переходов традиционные методы часто не могут найти баланс между чувствительностью и эффективностью обнаружения.

На помощь приходит многослойная полупроводниковая камера Комптона. Это устройство, изначально разработанное для астрономических наблюдений, содержит ключ к открытию нового уровня понимания. Под руководством профессора Тадаюки Такахаси и аспиранта Ютаки Цузуки из Института физики и математики Вселенной имени Кавли (ИПМВ WPI-Kavli) группа исследователей использовала уникальные возможности камеры для захвата поляризации гамма-лучей, испускаемых атомными ядрами. В этом, казалось бы, небольшом достижении кроется огромный потенциал. Получив данные о поляризации, исследователи смогли значительно уменьшить неопределенность в определении спина и четности квантовых состояний в редких атомных ядрах. Эта новая ясность позволяет им наблюдать и понимать трансформации, происходящие внутри ядер, в беспрецедентных деталях.

Секрет камеры заключается в ее основном компоненте: полупроводниковом датчике изображения на основе теллурида кадмия (CdTe). Этот датчик, изначально разработанный для астрономических наблюдений, отличается исключительной эффективностью обнаружения и точностью определения положения. Включив эту технологию в эксперимент по ядерной спектроскопии, исследователи смогли тщательно контролировать как положение, так и интенсивность гамма-излучения от мишени, что позволило провести высокочувствительный анализ событий рассеяния и, в конечном итоге, провести важнейшее измерение поляризации.

Последствия этого исследования далеко идущие. Обеспечивая более глубокое понимание экзотических, нестабильных ядер, оно может проложить путь к более глубокому пониманию фундаментальных принципов Вселенной, от образования элементов до свойств самой материи.