شواهد قوی سازمان CERN به وجود 'سنگین‌ترین هسته دوتایی جادویی' قلع-۱۰۰ اشاره دارد
پژوهشگران در CERN با کشف شواهد قوی، پیشرفت قابل توجهی در فیزیک هسته‌ای داشته‌اند که نشان می‌دهد قلع-۱۰۰ (100Sn) دارای هسته‌ای 'دوتایی جادویی' است، خاصیتی که پایداری استثنایی به آن می‌بخشد.
سازمان CERN اعلام کرد که ایزوتوپ قلع 100Sn به دلیل پیکربندی بسته پوسته پروتون و نوترون از اهمیت ویژه‌ای برای ساختار هسته‌ای برخوردار است.
اصطلاح 'دوتایی جادویی' به هسته‌های اتمی با تعداد خاصی از پروتون‌ها و نوترون‌ها اشاره دارد که به طور کامل پوسته‌های پروتون و نوترون را پر می‌کنند. 100Sn حاوی 50 پروتون و 50 نوترون است که هر دو در فیزیک هسته‌ای به عنوان 'اعداد جادویی' شناخته می‌شوند.
این ساختار کامل پوسته‌ای نسبت به ایزوتوپ‌هایی با پیکربندی‌های مختلف به پایداری بیشتری منجر می‌شود.
پژوهشگران CERN در مطالعه قبلی اعلام کردند: '100Sn همچنین سنگین‌ترین هسته‌ای است که متشکل از پروتون‌ها و نوترون‌ها به تعداد برابر است — ویژگی که به شدت بر تعامل جفت پروتون-نوترون کوتاه‌برد تأثیر می‌گذارد و به شدت بر تحلیل آن از طریق تعامل ضعیف تأثیر می‌گذارد.'
غلبه بر چالش‌ها
تیم تحقیقاتی در مطالعه‌ای اعلام کردند: 'فهمیدم ویژگی‌های هسته‌ای در نزدیکی 100Sn، که به‌عنوان سنگین‌ترین هسته دوتایی جادویی با شماره پروتون Z (50) مساوی با شماره نوترون N (50) پیشنهاد شده است، چالشی دیرینه برای فیزیک هسته‌ای تجربی و نظری بوده است.'
پیشرفت‌های فناوری اخیر در CERN به پژوهشگران امکان داده تا این چالش را برطرف کنند. توسعه طیف‌سنجی یونیزاسیون تشدید خطی (CRIS) امکان اندازه‌گیری‌های دقیق از ویژگی‌های هسته‌ای را فراهم کرده است.
این تکنیک شامل همپوشانی یک پرتوی از یون‌ها با نور لیزر و تحریک اتم‌ها به سطح انرژی بالاتر است. با تجزیه و تحلیل نوری که هنگام بازگشت اتم‌ها به حالت پایینی منتشر می‌شود، پژوهشگران می‌توانند اطلاعات دقیقی درباره هسته استخراج کنند.
علاوه بر این، بهبود تکنیک‌های تولید در تاسیسات ISOLDE سازمان CERN امکان ایجاد ایزوتوپ‌های نادر مورد نیاز برای این تحقیقات را فراهم کرده است.
ISOLDE از یک پرتوی پروتون با انرژی بالا برای ایجاد واکنش‌های هسته‌ای در یک ماده هدف استفاده می‌کند. این فرآیند ایزوتوپ‌های مختلفی ایجاد می‌کند که سپس جدا شده و به آزمایش‌های مختلف هدایت می‌شوند.
تحلیل ایزوتوپ‌های ایندیوم برای 100Sn
به جای مطالعه مستقیم 100Sn، پژوهشگران بر روی ایزوتوپ‌های ایندیوم متمرکز شدند.
مطالعه نشان داد: 'ما مدارک بیشتری برای شخصیت دوتایی جادویی 100Sn با اندازه‌گیری نمود‌های الکترومغناطیسی حالت زمینی و شعاع‌های بار هسته‌ای ایزوتوپ‌های ایندیوم (Z=49) ارائه می‌دهیم.'
ایزوتوپ‌های ایندیوم که یک پروتون کمتر از قلع دارند، بصیرتی ارزشمند از ویژگی‌های 100Sn ارائه می‌دهند. با تحلیل سیستماتیک ایزوتوپ‌های ایندیوم که به 100Sn منجر می‌شود، پژوهشگران می‌توانند ویژگی‌های ایزوتوپ قلع نامتناهی را استنتاج و پیش‌بینی کنند.
پژوهشگران نتیجه‌گیری کردند: 'نتایج ما تقریباً کل محدوده بین دوتای بزرگ پوسته بسته نوترونی در N=50 و N=82 را پوشش می‌دهد و روندهای سهمی به عنوان تابعی از عدد نوترون را با کاهش واضح به‌سمت این دو پوسته بسته نوترونی آشکار می‌کند.'
آن‌ها روندهای مشخصی را مشاهده کردند که به شخصیت دوتایی جادویی 100Sn اشاره داشتند. مشاهده کلیدی این است که ویژگی‌های اندازه‌گیری‌شده نشان‌دهنده کاهش مشخصی بود وقتی که به اعداد جادویی N = 50 و N = 82 نزدیک می‌شدند.
کاهش مشاهده شده در برخی ویژگی‌های هسته‌ای به‌عنوان ایزوتوپ‌های ایندیوم به پوسته بسته نوترونی در N = 50 نزدیک می‌شود پیشنهاد می‌کند که 100Sn با پوسته‌های کامل خود واقعاً استثنایی پایدار است.
تیم پژوهش قصد دارد اکنون ایزوتوپ‌های نامتناهی بیشتری را بررسی کند تا درک بهتری از ذات 'دوتایی جادویی' 100Sn داشته باشند.
