Część nadmiarowej energii wzbudzonych jąder atomowych, powyżej energii wiązania neutronu gromadzona jest w postaci gigantycznych rezonansów. Te stany wzbudzone opisywane są makroskopowo jako wibracje nukleonów w jądrze. Poprzez pomiar ich rozpadu gigantyczne rezonanse dostarczają informacji na temat własności jader atomowych, w których zostały wzbudzone. Najlepiej poznane są gigantyczne rezonanse dipolowe (giant dipole resonance – GDR), badane w procesie ich rozpadu poprzez emisję kwantów g, w wielu eksperymentach prowadzonych w ostatnich dekadach. W przeciwieństwie do GDR własności gigantycznych rezonansów kwadrupolowych (giant quadrupole resonance – GQR) nie są zbadane. Rozpad g GQR mierzono do tej pory tylko w reakcji nieelastycznego rozpraszania jonów ¹⁷O na ²⁰⁸Pb, w eksperymencie przeprowadzonym w latach 80-tych.  Wyniki tego eksperymentu są jedynym opublikowanym rezultatem badań rozpadu g GQR.

Dzięki uruchomieniu stanowiska eksperymentalnego dla badań fizyki jądrowej w Centrum Cyklotronowym Bronowice (CCB) Instytutu Fizyki Jądrowej PAN, nowo utworzonym ośrodku służącym do terapii hadronowej, rozpoczęto badania rozpadu g GQR z wykorzystaniem wiązki wysokoenergetycznych protonów. Praca opublikowana w Phys. Rev. C przedstawia wyniki pomiaru rozpadu g GQR dla jądra ²⁰⁸Pb przeprowadzonego jako jeden z pierwszych eksperymentów z fizyki jądrowej w CCB. Do wzbudzenia gigantycznych rezonansów zastosowano w nim reakcję nieelastycznego rozpraszania protonów o energii 85 MeV na tarczy ²⁰⁸Pb. Podczas eksperymentu mierzono jednocześnie energię rozproszonych protonów, niosącą informację o energii wzbudzenia jąder ²⁰⁸Pb, oraz energię kwantów g emitowanych w wyniku rozpadu stanów wzbudzonych. Analizowano przypadki odpowiadające rozpadowi do stanu podstawowego, dla których energia wzbudzenia była równa energii emitowanych kwantów g. Po uwzględnieniu obserwowanego rozpadu g GDR, uzyskano widmo kwantów g  emitowanych w procesie rozpadu GQR. W wyniku przeprowadzonej analizy wyznaczono prawdopodobieństwo rozpadu GQR poprzez emisję kwantów gamma, które wyniosło 3×10^-4. Otrzymana wartość potwierdza wcześniejszy wynik uzyskany w reakcji nieelastycznego rozpraszania jonów ¹⁷O.

Wasilewska, M. Kmiecik, M. Ciemała, A. Maj, F.C.L. Crespi, A. Bracco, M.N. Harakeh, P. Bednarczyk, S. Bottoni, S. Brambilla, F. Camera, I. Ciepał, N. Cieplicka-Oryńczak, M. Csatlos, B. Fornal, V. Gaudilla, J. Grębosz, J. Isaak, Ł.W. Iskra, M. Jeżabek, A.J. Krasznahorkay, S. Kihel, M. Krzysiek, P. Lasko, S. Leoni, M. Lewitowicz, J. Łukasik, M. Matejska-Minda, K. Mazurek, P.J. Napiorkowski, W. Parol, P. Pawłowski, L.Q. Qi, M. Saxena, Ch. Schmitt, Y. Sobolev, B. Sowicki, M. Stanoiu, A. Tamii, O. Wieland, M. Ziębliński

γ decay to the ground state from the excitations above the neutron threshold in the ²⁰⁸Pb(p,p′γ) reaction at 85 MeV

Phys. Rev. C 105, 014310 (2022)

DOI:10.1103/PhysRevC.105.014310

Efekt Josephsona jest zjawiskiem kwantowym występującym w nadprzewodnikach.
Polega na spontanicznym przepływie prądu, na skutek tunelowania, pomiędzy dwoma
nadprzewodnikami przedzielonymi cienką warstwą izolatora. Przepływ prądu wymuszany jest przez
różnicę faz funkcji falowych opisujących nadprzewodzące elektrony po obu
stronach izolatora. Taki układ nosi nazwę złącza Josephsona.
Zjawisko występuje w metalach, a także w ultrazimnych gazach
atomowych. Poszukiwania efektu Josephsona w układach jądrowych
trwają już niemal od półwiecza.
Analiza teoretyczna eksperymentów, w których zderzano Nikiel-60 i Cynę-116
dostarczyła silnych argumentów na powstanie złącza pomiędzy zderzającymi się jądrami.
W odróżnieniu od wcześniejszych pomiarów, w których badano przekrój czynny
na przekaz pary nukleonów, tym razem poddano analizie widmo promieniowania gamma.
Okazało się, że widmo emitowanych kwantów gamma zgadza się z przewidywaniami teoretycznymi
zakładającymi powstanie złącza (tzw. AC Josephson junction).

Piotr Magierski

The Tiniest Superfluid Circuit in Nature

Physics 14, 27 (2021)

DOI:10.1103/Physics.14.27

Fizycy teoretycy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych i Uniwersytetu Zielonogórskiego wyznaczyli i podali niezwykle istotne parametry dla ponad 1300 jąder, w tym dla jąder pierwiastków superciężkich, które do tej pory nie zostały wytworzone w laboratoriach. Wyniki te zostały właśnie opublikowane w podstawowym czasopiśmie referencyjnym fizyki jądrowej: Atomic Data and Nuclear Data Tables.

Naukowcy w wielu ośrodkach na świecie nie ustają w dążeniach do wytworzenia i zbadania nowych pierwiastków oraz ich izotopów. Ten międzynarodowy wyścig ma na celu przede wszystkim poznanie nadal tajemniczych sił wiążących jądra atomowe. Badania koncentrują się równolegle na pracach eksperymentalnych wykorzystujących potężne akceleratory i detektory, jak i na pracach teoretycznych mających wskazać najbardziej obiecujące drogi poszukiwań i zaproponować modele, które będzie można potwierdzić lub odrzucić po konfrontacji z doświadczeniem. Polscy naukowcy od kilkudziesięciu lat specjalizują się właśnie w tego typu badaniach teoretycznych, stanowiąc światową czołówkę, czego dobitnym potwierdzeniem jest zaprezentowana właśnie niezwykle obszerna i kompletna praca.

Trzech polskich uczonych: dr Piotr Jachimowicz z Uniwersytetu Zielonogórskiego oraz Michał Kowal i Janusz Skalski profesorowie w Narodowym Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) oszacowali kluczowe parametry dla 1305 jąder ciężkich i superciężkich w zakresie liczby atomowej Z od 98 do 126 (a więc także dla pierwiastków jeszcze nie odkrytych) i dla liczby neutronów N od 134 do 192.

„Do naszych obliczeń wykorzystaliśmy wielowymiarowy mikroskopowo-makroskopowy model pozwalający wyznaczyć energię wiązania jąder atomowych” – tłumaczy dr Piotr Jachimowicz z UZ. „Dla stanów podstawowych oraz tzw. punktów siodłowych wyznaczyliśmy takie parametry jak: masy jądrowe, energie makroskopowe, poprawki powłokowe i deformacje jądrowe – czyli kształty jakie przybierają jądra w stanie podstawowym jak i w punkcie siodłowym. Z nich wyprowadziliśmy energie rozpadu alfa pomiędzy stanami podstawowymi, energie separacji jednego i dwóch nukleonów oraz statyczne, adiabatyczne wysokości barier rozszczepieniowych.”

„Systematyczne rachunki dla jąder nieparzystych, szczególnie ich barier rozszczepieniowych są bardzo rzadkie – nasza praca wypełnia tę lukę” – dodaje dr hab. Michał Kowal, Kierownik Zakładu Fizyki Teoretycznej NCBJ. „W przypadku układów z nieparzystą liczbą protonów, neutronów lub obu, używaliśmy standardowej metody BCS z blokowaniem. Kształty i energie w stanie podstawowym mogliśmy znaleźć poprzez minimalizację siedmiu odkształceń osiowo-symetrycznych. Poszukiwania punktów siodłowych przeprowadziliśmy metodą tzw. „zatapiania” w trzech kolejnych etapach, stosując wielowymiarowe przestrzenie deformacji, co wiązało się z potrzebą generowania gigantycznych sieci symulujących różne jądrowe kształty. W tym celu zaprzęgliśmy do obliczeń nasz superkomputer w Centrum Informatycznym w Świerku.”

Część wyników uzyskanych przez badaczy dotyczy parametrów już poznanych w eksperymencie i bardzo dobrze się z tymi danymi zgadza. Stanowi to potwierdzenie poprawności przeprowadzonej analizy i pozwala wierzyć, że wyznaczone wartości nieznanych dotąd parametrów są wiarygodne.

Uczeni podkreślają, że udało im się stworzyć jeden z najbardziej kompletnych zestawów danych dostępnych „na rynku”, niezbędny do analiz przekrojów czynnych, czyli prawdopodobieństw wytwarzania jąder superciężkich w poszczególnych kanałach syntezy. „Dokładność odtwarzania mas i innych wielkości wyznaczonych w analizowanym przez nas obszarze jest jedną z najlepszych pośród istniejących oszacowań” – dodaje dr hab. Janusz Skalski. „Wykorzystanie przez nas pięcio- i siedmiowymiarowych przestrzeni deformacji stanowi znaczący postęp w stosunku do innych obliczeń wykonywanych do tej pory. Przeprowadzona przez nas analiza jest też jedną z niewielu, które uwzględniają jądra nieparzyste, zwykle pomijane ze względu na trudności związane z traktowaniem nieparzystego nukleonu.”

Otrzymane wyniki nieprzypadkowo trafią do annałów Atomic Data and Nuclear Data Tables. Ich znaczenie nie ogranicza się bowiem tylko do eksperymentów mających na celu wytworzenie nowych nuklidów. „Wyznaczyliśmy parametry, których znajomość może mieć istotne znaczenie także i dla innych obszarów badań” – wyjaśnia dr hab. Michał Kowal. „Między innymi wyznaczyliśmy własności dla jąder z grupy aktynowców, ważne z punktu widzenia fizyki reaktorowej. Wyznaczone i podane w pracy parametry mogą zostać wykorzystane w analizach astrofizycznych i przewidywaniach dotyczących nukleosyntezy na poszczególnych etapach ewolucji Wszechświata.”

P. Jachimowicz, M. Kowal, J. Skalski

Properties of heaviest nuclei with 98 ≤ Z ≤ 126 and 134 ≤ N ≤ 192,  

Atomic Data and Nuclear Data Tables
(Available online 19 December 2020, 101393, in press).

https://doi.org/10.1016/j.adt.2020.101393

Do 7 lutego 2020 r. jest ona ogólnie dostępna online pod adresem https://authors.elsevier.com/a/1cGMz,26poewBO; później będzie dostępna w wersji drukowanej i dla subskrybentów czasopisma.