NCN-SONATA-BIS13

Poszukiwanie symetrii wyższego rzędu w jądrach od mas średnich aż po superciężkie z zastosowaniem spektroskopii gamma wysokiej rozdzielczości na wiązkach jonów ŚLCJ UW

Kierownik projektu: dr inż. Magdalena Matejska-Minda (Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego PAN)

Projekt konsorcyjny:

• Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego PAN (lider)
• Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów w Uniwersytecie Warszawskim

Jądro atomowe, mimo iż jest bardzo małe, składa się z kilkudziesięciu a nawet kilkuset gęsto upakowanych protonów i neutronów. Nukleony te oddziałują ze sobą głównie poprzez siły jądrowe i oddziaływanie elektromagnetyczne (kulombowskie), co sprawia, że jądro atomowe jest układem, który pozwala na badanie trzech podstawowych oddziaływań: silnych, elektromagnetycznych i słabych.

Co więcej, kształt powierzchni jądra atomowego zwykle odbiega od intuicyjnej formy sferycznej. Deformacja jądrowa jest wypadkową złożonych oddziaływań między nukleonami i jest fascynującym obiektem badań metodami spektroskopii promieniowania jądrowego. Obserwacja w eksperymencie i wyjaśnienie na gruncie teorii sposobu powstawania stabilnej deformacji lub dynamicznej zmiany kształtu jądra – np. w funkcji parametrów stanu materii jądrowej jak: spin, izospin, temperatura, może być bramą do pełniejszego zrozumienia sił jądrowych.

Pomimo zgromadzenia dużej ilości danych eksperymentalnych dotyczących struktury i właściwości jąder atomowych, dokładna natura sił jądrowych jest nadal w dużej mierze nieznana. Jest to spowodowane wysoką złożonością jądra, będącego układem wielu silnie oddziałujących nukleonów i bardzo skomplikowaną formą oddziaływania nukleon-nukleon. Dlatego nie udało się dotychczas opracować jednej pełnej teorii, która tłumaczyłaby wszystkie fakty doświadczalne. Jednym z podejść teoretycznych jest model powłokowy, który wyjaśnia wiele obserwacji takich jak na przykład występowanie magicznych liczb nukleonów, dla których jądro jest szczególnie silnie związane ze względu na występujące duże przerwy energetyczne powyżej tychże liczb magicznych. Ponieważ oddziaływanie proton-proton, neutron-neutron i proton-neutron jest opisywane modelowo poprzez różne podejścia teoretyczne, dla jego pełnego zrozumienia niezbędne są dane doświadczalne.

Jedną z eksperymentalnych metod badania własności jąder atomowych i sił jądrowych jest spektroskopia promieniowania gamma. Przyspieszone jony pocisku „używane są” do wytworzenia w wyniku reakcji jądrowej wzbudzonego jądra będącego przedmiotem zainteresowania. To wzbudzone jądro emituje następnie wysokoenergetyczne kwanty światła – promieniowanie gamma, które jest rejestrowane. Analiza zmierzonego promieniowania pozwala „zajrzeć” do wnętrza jądra atomowego. W planowanych eksperymentach zostaną użyte najnowocześniejsze systemy detektorów promieniowania jądrowego: spektrometry nisko i wysokoenergetycznego promieniowania gamma oraz detektory cząstek.

W omawianym projekcie jądra z okolicy podwójnie magicznego izotopu 40Ca oraz izotopy Th będą badane w reakcji fuzji-wyparowania. Oczekiwane wyniki eksperymentalne dostarczą nowych danych na temat natury sił jądrowych oraz wniosą wkład w zrozumienie dynamiki formowania się i stabilizacji silnie zdeformowanego kształtu powierzchni wzbudzonego jądra atomowego, tym samym pozwolą na weryfikację najnowszych hipotez teoretycznych oraz przewidywań modeli jądra atomowego dla badanych izotopów.

W ramach projektu zainstalujemy detektor rejestrujący produkty reakcji fuzji-wyparowania w Środowiskowym Laboratorium Ciężkich Jonów w Warszawie i wykonamy nowe pomiary z użyciem tego układu. Będziemy także analizować dane dotyczące wysokospinowych struktur w jądrach 42Ca i 44Ti zebrane w trakcie pomiaru wykonanego w wiodącym ośrodku “Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie” we Francji.