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萨里大学和稀有同位素束设施研究人员探索铝26的起源

萨里大学和密歇根州立大学稀有同位素束设施(FRIB)实验室的科学家联手探索了铝 26 的起源,这是一种稀有的同位素,为观察垂死恒星提供了一个窗口。他们的发现“利用同位旋对称性研究异构体在恒星环境中的作用”发表在《物理评论快报》上。

铝 26 提供了对恒星过程的罕见洞察。它会衰变成镁 26,后者会发出一种可以用卫星观测到的特征性伽马射线。在太阳之前存在的恒星的太阳前颗粒物质中可以检测到镁 26。这些颗粒的组成带有它们母星的指纹。捕获质子对铝 26 的破坏率对于解释在宇宙中观察到的镁 26 的数量至关重要。这项研究表明,在长寿命状态下,质子捕获对铝 26 的破坏比以前估计的频率低八倍。


插图显示了一个铝 26 原子核(绿色)正在逃离超新星爆炸。它随后将通过可以被卫星观测到的伽马射线辐射衰减。图片来源:Erin O'Donnell,FRIB

萨里大学高级讲师兼学习与教学主任 Gavin Lotay 是该项目的发言人。FRIB 物理学教授、密歇根州立大学物理与天文学系和 FRIB 副科学主任亚历山德拉·盖德 (Alexandra Gade) 领导了密歇根州立大学的部分合作。

铝 26 具有长寿命的量子态,很难在实验室中以受控方式进行研究。该团队使用转移反应向放射性同位素硅 26 添加中子来研究硅 27 中的激发量子态。这些状态与铝 26 的长寿命量子态的质子捕获中填充的状态相同。这是可能的,因为质子和中子具有对称性,这使得向铝 26 的长寿命状态添加质子相当于向硅 26 的基态添加中子。测量使用了 FRIB 的伽马射线能量跟踪束内核阵列 ( GRETINA ) 和实验室的S800 光谱仪。

这项研究源于 FRIB 实验室和萨里大学之间的长期合作,在那里直接核反应用于填充量子态,其确切能量和性质与恒星中发生的反应相关。合作的主要内容是使用非常敏感的伽马射线光谱来标记和表征感兴趣的激发量子态。Lotay 热切期待 FRIB 的科学开始,以进一步开展他的研究。他在 FRIB 提交了三项关于光束时间的提案,将于今年夏天晚些时候由第一个 FRIB 计划咨询委员会审议。

“我们现在已经到了一个真正激动人心的科学时期,我们能够直接探测恒星爆炸中发生的过程,”洛泰说。“这些天体产生了我们在我们周围发现的丰富多样的化学元素,通过将伽马射线光谱与直接反应技术相结合,合作成功地获得了了解它们特性所需的关键信息。这项合作现在准备显着扩大其核天体物理学计划的范围,并利用即将开放的 FRIB 设施提供的大量机会。”

该研究由美国能源部 (DOE) 科学办公室核物理办公室资助;在美国国家科学基金会; 和美国能源部国家核安全管理局通过核科学与安全联盟和英国科学技术设施委员会。

美国能源部最近 在其网站上重点介绍了这项研究。

密歇根州立大学建立并运营 FRIB 作为美国能源部科学办公室核物理办公室的用户设施。

NSCL 是由国家科学基金会资助的国家用户设施,支持 NSF 物理部核物理计划的使命。

美国能源部科学办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者,致力于解决我们这个时代一些最紧迫的挑战。有关更多信息,请访问energy.gov/science。

密歇根州立大学建立并运营 FRIB 作为美国能源部科学办公室核物理办公室的用户设施。

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