Все элементы, кроме водорода и гелия, должны были быть сплавлены в ядерной печи звезды. Выход во время этих реакций углерода-12, который имеет шесть протонов и шесть нейтронов, увеличивается из-за необычной причуды, заключающейся в том, что 12 делится на 4. Это означает, что при небольшой дополнительной энергии нуклоны в углероде могут образовывать три альфа-частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов каждая, и эти альфа-частицы могут конденсироваться на орбите с самой низкой энергией в углероде-12. Существование альфа-конденсированного состояния в более тяжелых изотопах с атомным весом, кратным четырем, таких как неон-20, теоретизировалось, но оставалось неясным. Эти конденсированные состояния откроют уникальное окно в мир ядерной физики.
Это связано с тем, что плотности большинства нормальных ядер очень похожи друг на друга, в то время как альфа-конденсированное состояние может быть примером системы многих тел с низкой плотностью. Измерение свойств протонов и нейтронов в таком разбавленном состоянии было бы очень полезно для понимания природы ядерной материи с низкой плотностью, которая существует на поверхности нейтронных звезд.
Теперь группа исследователей во главе с Осакским университетом предоставила экспериментальные доказательства того, что эти возбужденные состояния действительно существуют в неоне-20.
Запустив альфа-частицы в неоновый газ, они обнаружили, что продукты распада указывают на существование определенных энергетических состояний в исходном ядре. Они очень хорошо совпали с предсказаниями 5? конденсированное состояние, в котором 10 протонов и 10 нейтронов сгруппированы в пять альфа-частиц на орбите с самой низкой энергией.
«Нам удалось получить такие точные результаты, потому что мы смогли измерить частицы распада из возбужденного состояния», – объясняет первый автор Сатоши Адачи. «Мы разработали изотопно-обогащенную систему газовых мишеней неона-20 со сверхтонким газонепроницаемым окном из SiNx. Мы обнаружили, что крайне важно измерять неупруго рассеянные альфа-частицы под очень большими углами, включая 0 градусов, когда альфа-конденсированное состояние избирательно возбуждалось. Это измерение было очень сложным, но качественный луч, обеспечиваемый хорошо настроенными циклотронами в RCNP, позволил нам провести его."Эти методы позволили ученым провести подробное сравнение между расчетами статистической модели распада и экспериментом.
«Мы ожидаем, что это исследование ускорит прогресс в нашем понимании экстремальных условий, таких как поверхность нейтронной звезды», – говорит старший автор Такахиро Кавабата.
Работу также можно распространить на еще более тяжелые изотопы, которые следуют схеме «делится на четыре».