All’avanguardia del Facility for Rare Isotope Beams, i ricercatori hanno misurato con precisione la massa dell’alluminio-22, rivelando approfondimenti sul proton dripline e sull’equilibrio delicato delle forze nucleari. I loro risultati offrono una comprensione più profonda di come i nuclei atomici si comportano ai limiti della loro stabilità e forniscono un test critico delle teorie nucleari attraverso l’osservazione di fenomeni come gli anelli di protoni.
Scoperte pionieristiche in fisica nucleare: i ricercatori presso il Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) hanno raggiunto una misurazione ad alta precisione della massa dell’alluminio-22, raggiungendo il proton dripline – un confine critico nella tabella nucleare. Il proton dripline segna il limite dove i protoni e i neutroni possono formare nuclei atomici stabili. Oltre questo confine, i protoni aggiuntivi non possono rimanere legati al nucleo e vengono rapidamente espulsi. Questo limite unico mette alla prova la nostra comprensione della struttura e della stabilità nucleare. Vicino al dripline, si verificano fenomeni esotici come gli anelli nucleari, dove un nucleo denso è circondato da protoni o neutroni debolmente legati formando un anello. Misure come questa dell’alluminio-22 sono vitali per rivelare quanto strettamente i nuclei atomici si tengono insieme mentre si avvicinano a questi limiti estremi.
Potenziamento della ricerca sugli isotopi rari: Il FRIB ha fornito 270 fasci di isotopi rari per esperimenti dall’inizio dell’operazione utente nel maggio 2022. Poiché il FRIB potenzia le capacità in base alle esigenze scientifiche, fornisce isotopi rari non disponibili in nessun’altra struttura. Le misurazioni di isotopi molto rari sono fondamentali per testare la teoria nucleare. I casi di test migliori presentano caratteristiche esotiche che mettono alla prova le capacità predictive di una teoria; gli anelli nucleari sono uno di questi casi di test. I ricercatori hanno utilizzato questa misurazione della massa dell’alluminio-22 per determinare l’energia necessaria per rimuovere il protone più esterno nell’isotopo. Perché un nucleo formi un anello di protoni, l’ultimo protone aggiunto deve essere legato molto debolmente a quel nucleo. La ricerca ha confermato che questo è il caso per l’alluminio-22.
Tecniche avanzate nella misurazione degli isotopi: I ricercatori hanno utilizzato il Separatore Avanzato di Isotopi Rari presso il FRIB, una struttura utente dell’Ufficio della Scienza del Dipartimento dell’Energia, per produrre, separare e identificare un fascio di alluminio-22 ad energie relativistiche. I ricercatori hanno quindi inviato il fascio alla Beam Stopping Facility, dove il fascio è stato fermato ed estratto a bassa energia utilizzando il Fermaglio di Gas Criogenico Avanzato (ACGS). Successivamente, il fascio è stato inviato alla struttura Low Energy Beam and Ion Trap (LEBIT), dove gli ioni sono stati iniettati in un dispositivo noto come trappola di Penning, che utilizza campi elettrici e magnetici per conservare gli ioni nello spazio. I ricercatori hanno quindi misurato la massa degli ioni con alta precisione osservando il movimento degli ioni nella trappola. Il team ha utilizzato una tecnica di rilevamento recentemente implementata presso LEBIT chiamata tecnica di Risonanza Ciclotronica Ionica a Imaging di Fase (PI-ICR). Questo ha permesso una misurazione con una precisione migliore di 20 parti per miliardo, una sfida data la vita molto breve dell’alluminio-22, di soli 91 millisecondi.
Prospettive future presso il FRIB: Questo lavoro dimostra il potenziale del FRIB quando combinato con l’arresto del fascio all’avanguardia, utilizzando ACGS e misurazioni di massa con LEBIT. In futuro, il FRIB fornirà alla fine due ordini di grandezza in più di corrente di fascio, aumentando la portata di LEBIT verso aree ancora più esotiche del panorama nucleare. Per ulteriori informazioni su questa ricerca, consultare Inside the Proton Halo: Precision Measurements Unravel Nuclear Puzzles.
Riferimento: Precision Mass Measurement of the Proton Dripline Halo Candidate 22Al di S. E. Campbell, G. Bollen, B. A. Brown, A. Dockery, C. M. Ireland, K. Minamisono, D. Puentes, B. J. Rickey, R. Ringle, I. T. Yandow, K. Fossez, A. Ortiz-Cortes, S. Schwarz, C. S. Sumithrarachchi e A. C. C. Villari, 9 aprile 2024, Physical Review Letters DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.152501
Questo materiale si basa sul lavoro sostenuto dall’Ufficio della Scienza del Dipartimento dell’Energia, dall’Ufficio di Fisica Nucleare e dalla National Science Foundation degli Stati Uniti.
