وبلاگ

آشکارسازهای بزرگ و کم پس‌زمینه با استفاده از زنون به‌عنوان محیط هدف، به‌طور گسترده در فیزیک بنیادی، به‌ویژه در آزمایش‌هایی برای جستجوی ماده تاریک یا مطالعه واپاشی‌های نادر هسته‌های اتمی استفاده می‌شوند. در این آشکارسازها، برهمکنش ضعیف یک ذره خنثی – مانند یک نوترینو – با یک هسته زنون-136 می تواند آن را به یک هسته سزیم-136 در حالت برانگیخته با انرژی بالا تبدیل کند.

پرتوهای گاما با آزاد شدن سزیم 136 از آن ساطع می شوند حالت هیجانی می تواند به دانشمندان اجازه دهد سیگنال های نادر را از رادیواکتیویته پس زمینه جدا کنند. این می تواند اندازه گیری های جدید نوترینوهای خورشیدی و جستجوی قوی تر برای مدل های خاصی از ماده تاریک را امکان پذیر کند. با این حال، جستجو برای این رویدادها به دلیل فقدان داده های هسته ای قابل اعتماد برای سزیم-136 دشوار است. محققان باید خواص سزیم 136 را بدانند حالت های هیجان زدهکه هرگز برای این ایزوتوپ اندازه گیری نشده اند.

این تحقیقظاهر شدن در نامه معاینه فیزیکیتعیین مستقیم داده های مربوطه را با اندازه گیری فراهم می کند تابش گاما سزیم 136 تولید شده در واکنش های هسته ای در یک شتاب دهنده ذرات. نکته مهم این است که این مطالعه وجود به اصطلاح “حالت های ایزومر” را نشان می دهد – حالت های برانگیخته ای که برای حدود 100 ثانیه قبل از استراحت به حالت پایه وجود دارند.

در آزمایش‌های فیزیک ذرات مدرن، انتشار تاخیری پرتو گاما از این حالت‌ها به‌عنوان یک سیگنال مجزا و مجزا از واکنش اولیه نشان داده می‌شود. این یک امضای واضح در داده ها ایجاد می کند که به محققان امکان می دهد نویز پس زمینه را رد کنند و این نوع تعاملات نادر را به طور واضح شناسایی کنند.

تیمی از محققان از آزمایشگاه ملی لارنس برکلی، آزمایشگاه ملی شتاب دهنده SLAC، دانشگاه کارولینای شمالی-ویلمینگتون و دانشگاه دوک با استفاده از شتاب دهنده پشت سر هم در آزمایشگاه هسته ای دانشگاه های مثلث (TUNL) اندازه گیری های جدیدی از حالات برانگیخته در سزیم-136 انجام دادند.

محققان سزیم-136 برانگیخته را با بمباران هدفی از گاز زنون-136 با پرتو پالسی پروتون ایجاد کردند. آنها با استفاده از چهار آشکارساز ژرمانیومی با خلوص بالا که هدف را احاطه کرده بودند، تابش پرتو گامای حاصل را شناسایی کردند.

این آزمایش هم انرژی پرتوهای گاما و هم زمان تشخیص آنها را نسبت به پالس پرتو اندازه گیری کرد و به تیم اجازه داد تا ساختار سطح هسته سزیم-136 را بازسازی کند و طول عمر حالت های برانگیخته درگیر در انتشار پرتو گاما را اندازه گیری کند. دو حالت برانگیخته به عنوان ایزومرهای هسته ای با طول عمر 95 و 157 نانوثانیه شناسایی شدند.

این داده ها برای اولین بار به محققان اجازه می دهد تا به طور قابل اعتمادی انتشار گازهای گلخانه ای را مدل کنند اشعه گاما ناشی از فعل و انفعالات هسته ای به اصطلاح “جریان شارژ” در آشکارسازهای زنون بزرگ. این یک کانال جدید برای تشخیص نوترینوهای اخترفیزیکی و امکان پذیر است ماده تاریک نامزدهای.

چندین آزمایش اصلی که در حال حاضر در حال انجام است (از جمله LZ، XENONnT و KAMLAND-Zen) می توانند بلافاصله جستجوی این رویدادها را در داده های خود آغاز کنند. آزمایش‌های نسل بعدی مانند nEXO یا XLZD که حاوی زنون-136 بیشتری هستند، ممکن است به طور منحصر به فردی نسبت به اجزای کم انرژی طیف نوترینوهای خورشیدی، مانند نوترینوهای چرخه کربن-نیتروژن-اکسیژن (CNO) حساس باشند.