Международная команда ученых установила размер атомного ядра мюонного гелия-3, одного из изотопов гелия, с помощью протонного ускорителя и лазерной установки. Радиус гелия-3 составил 1,97007 фемтометра, или одну квадриллионную долю метра. Новые данные позволят проверить теории ядерной и квантовой физики и увидеть признаки ранее неизвестных физических эффектов. Исследование опубликовано в журнале Science.
Гелий-3 — это один из двух изотопов гелия. Если у гелия-4 атомное ядро состоит из двух протонов и двух нейтронов, то в гелии-3 нейтрон только один. До сих пор радиус более легкого ядра гелия был неизвестен из-за его небольшого размера.
Международная команда ученых решила оценить размеры атомного ядра гелия-3. Чтобы измерить его, исследователи заменили в атоме гелия один из электронов на другую частицу — отрицательно заряженный мюон. Она ведет себя как электрон, но тяжелее в 200 раз, и за счет этого частица притягивается к ядру сильнее обычного.
Для эксперимента команда использовала протонный ускоритель, способный генерировать поток медленных отрицательных мюонов — около 500 штук в секунду. Кроме того, авторы установили лазер и поставили перед камерой детектор из сверхтонкой фольги. Он определяет, когда мюон проходит через фольгу, и подает сигнал лазеру немедленно испустить импульс света на полную мощность. Когда частота лазера совпадает с энергетическим переходом в мюонном атоме, тот переходит в более активное состояние и быстро возвращается в прежнее, испуская фотон в виде рентгеновского излучения. По частоте этого перехода можно точно вычислить зарядовый радиус ядра — область, где сосредоточен его положительный заряд.
С помощью установки ученым удалось поймать нужную частоту и посчитать радиус атомного ядра гелия-3. Он составил 1,97007 фемтометра, или одну квадриллионную долю метра.
Это открытие позволит проверить, насколько точно работают теории ядерной физики — от представлений о структуре легких атомных ядер до квантовой электродинамики, — а также увидеть признаки физических эффектов, выходящих за рамки стандартной модели физики элементарных частиц.
Авторы уже планируют новые эксперименты — в том числе измерение сверхтонкого расщепления спектров мюонных атомов и исследование мюонного водорода и мюонного гелия. Для этого потребуется улучшить лазерную установку и повысить плотность его энергии.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
