Innovative Laserfalle fängt die meisten neutronenreichen Substanzen auf der Erde ein: Helium-8

US-Forscher haben eine neue und innovative Methode verwendet, um das schwer fassbare Helium-8-Isotop zu erzeugen, einzufangen und zu untersuchen. Mithilfe einer „Laserfalle“ haben Physiker im Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums die Verteilung des Atoms genau kartiert und könnten uns helfen, die Wissenschaft hinter exotischen Neutronensternen zu verstehen.

Wie „fängt“ man ein Helium-8-Isotop? Die Antwort ist alles andere als einfach, aber der Argonner Physiker Peter Mueller hat eine Lösung gefunden. Mit der GANIL-Zyklotronanlage in Nordfrankreich können Helium-4-, 6- und gelegentlich Helium-8-Isotope erzeugt werden. Dies ist eines der wenigen Zyklotrons auf der Welt, das über genügend Energie verfügt, um das Helium-8-Isotop zu erzeugen. Es ist alles sehr gut, das Teilchen zu erzeugen, aber um Helium-8 von seinen anderen Helium-Isotopen-Geschwistern zu trennen, ist ein cleveres und hochpräzises Laser-Gefängnis erforderlich, in das das schwerere Helium-Isotop fallen kann, während die anderen, leichteren Isotope dies zulassen fliege gerade durch.

Sechs Laser, die als „Balken“ der Gefängnistore fungieren, sind in einem solchen Abstand genau ausgerichtet, dass nur Isotope mit den Abmessungen von Helium-8 eingefangen werden. Wenn Helium-8 ausgerichtet ist, fällt es zwischen sie, und sollte das Isotop versuchen zu entkommen, halten Abstoßungskräfte das Isotop ruhig. Sobald genügend Zeit verstrichen ist (etwa alle zwei Minuten wird etwa ein Helium-8-Atom erzeugt), feuert das Team zwei weitere Laser mit der gleichen Frequenz wie die Resonanzfrequenz von Helium-8 in die Mitte. Sollte das Lasergefängnis leuchten, wurde Helium-8 eingefangen.

Die häufigste stabile Form von Helium hat zwei Protonen und zwei Neutronen. Helium kann auch zwei haben instabil Isotope, Helium-6 (vier Neutronen) und Helium-8 (sechs Neutronen). In den instabilen Isotopen bilden die zusätzlichen Neutronen einen „Halo“ um den kompakten zentralen Kern (oben abgebildet). Helium-6 hat einen Halo mit zwei Neutronen und Helium-8 hat einen Halo mit vier Neutronen. In dem Halo, der zwei Neutronen enthält, weist Helium-6 ein charakteristisches "Wackeln" auf, da sich die Halo-Neutronen asymmetrisch um den Kern anordnen (d. H. Sie bündeln sich). Diese Einseitigkeit bewegt den Mittelpunkt des Gleichgewichts vom Kern weg und mehr in Richtung des Halo-Neutronenpaars. Helium-8 wackelt dagegen weniger, da sich die vier Halo-Neutronen symmetrischer um den Kern anordnen. Die Laserfalle ist die einzige bekannte Methode, um ein Helium-8-Atom einzufangen, und aus diesem Grund kann die Struktur seines Halos schließlich mit einem so hohen Maß an Genauigkeit analysiert werden.

Die Messung der Eigenschaften von Helium-8 wird durch seine Radioaktivität erschwert. Helium-8 hat eine Halbwertszeit von nur einer Zehntelsekunde, daher müssen alle Messungen des Atoms sofort durchgeführt werden, wenn das „Gefängnisglühen“ erkannt wird. Die Messungen werden daher „online“ durchgeführt, was an sich eine schwierige Aufgabe ist.

Der Nachweis des seltenen Helium-8-Isotops ist sowohl für Teilchenphysiker als auch für Astrophysiker ein wichtiger Schritt. Es ist wichtig zu verstehen, wie sich Helium nach der Produktion aus einem Teilchenbeschleuniger konfiguriert, aber es ist auch nützlich, um die Eigenschaften kosmischer Körper wie Neutronensterne zu verstehen. Die Implikationen des Argonne-Experiments werden nützlich sein, wenn bessere spektroskopische Beobachtungen verfügbar werden, sodass die Signatur der Helium-8-Struktur möglicherweise anders als auf der Erde nachgewiesen wird.

Quelle: Physorg.com

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