Thí nghiệm trên hạt nhân giàu neutron SE- 92,94 : Mở ra các nghiên cứu về trạng thái đồng phân của hạt nhân biến dạng không bền
Tiếp theo những công bố năm 2018, 2019, nhóm hợp tác SEASTAR (Shell Evolution And Search for Two-plus energies At RIBF), trong đó có các thành viên nhóm Vật lý hạt nhân của Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam, có công bố mới “Metastable States of Se - 92,94 : Identification of an Oblate K Isomer of Se -94 and the Ground-State Shape Transition between N = 58 and 60” trên tạp chí Physical Review Letters. Công trình này mở ra triển vọng nghiên cứu về trạng thái đồng phân trên các hạt nhân biến dạng không bền.
Các nhà nghiên cứu của Viện KH&KT hạt nhân tham gia thực hiện thí nghiệm cùng đồng nghiệp quốc tế. Nguồn: Viện KH&KT hạt nhân
Theo mô hình mẫu vỏ, các nucleon được lấp đầy dần vào các quỹ đạo có spin nhất định. Trạng thái hạt nhân được hạt nucleon nằm ở lớp vỏ ngoài cùng (nucleon hóa trị) quy định. Các số 2, 8, 20, 28 và 50 là những số magic khi đó nucleon lấp đầy các lớp vỏ đóng, khiến hạt nhân trở nên đặc biệt bền vững. Mặc dù mẫu vỏ rất thành công trong việc mô tả hạt nhân có dạng hình cầu, trạng thái cơ bản và một số trạng thái kích thích thấp của hạt nhân nhưng còn rất nhiều số liệu thực nghiệm nằm ngoài khả năng giải thích của mẫu vỏ như độ lớn moment tứ cực hạt nhân, trạng thái cơ bản của các hạt nhân có 150 A 190, các trạng thái kích thích của hạt nhân chẵn-chẵn… Chính vì vậy, khái niệm về hạt nhân biến dạng đã được hai nhà vật lý Niels Bohr và Ben Roy Mottelson đưa ra trong những năm 1950 với dải quay kích thích hạt nhân nhằm giải thích các số liệu thực nghiệm.
Một mô hình cấu trúc có thể coi là kết hợp ý tưởng của mẫu vỏ và hạt nhân biến dạng là mô hình do nhà toán học và vật lý Thụy Điển Sven Goesta Nilson đưa ra. Theo ông, hạt nhân có thể mô tả theo các mức đơn hạt của mẫu vỏ nhưng trong trường thế biến dạng không xuyên tâm. Khi đó các trạng thái của hạt nhân phụ thuộc rất nhiều vào độ biến dạng của nó, thông qua hệ số biến dạng. Bây giờ, hình chiếu K của spin hạt nhân j lên trục đối xứng Z trở thành một số lượng tử quan trọng cho trạng thái của hạt nhân.
Cho đến nay, có rất ít hạt nhân quan sát được có trạng thái đồng phân với giá trị K lớn, ngoại trừ trường hợp của 188-196 Pb và chưa có nghiên cứu nào trên các hạt nhân biến dạng. Chú ý rằng 188-196 Pb vẫn là các hạt nhân hình cầu. Ngoài ra, các công bố trước đây thường trên các hạt nhân nặng có A ~ 170-180. Nghiên cứu trên 92,94 Se lần đầu tiên cho thấy các trạng thái đồng phân tồn tại trong những hạt nhân biến dạng, và biến dạng là lồi, trong đó, mô hình lý thuyết được đưa vào để giải thích số liệu thực nghiệm và rút ra cấu trúc hạt nhân: biến dạng elipsoid và trục đối xứng đã bị quay một góc nhất định. Đây là những hạt nhân nhẹ nhất trong vùng Z ~ 72 được nghiên cứu. Kết quả thu được sẽ là tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo về cấu trúc hạt nhân thông qua đo đạc trạng thái đồng phân của các hạt nhân biến dạng trong vùng này.
Thí nghiệm trên do các nhà nghiên cứu của trường Đại học Kỹ thuật Darmstadt (Đức) dẫn dắt và được thực hiện tại Viện Nghiên cứu Hóa Lý RIKEN (Nhật Bản). Đây là một phần của dự án hợp tác quốc tế SEASTAR, dự án lớn mà các nhà nghiên cứu Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam tham gia với kinh phí do tài trợ Bộ KH&CN thông qua Đề tài mang mã số ĐTĐLCN.25/18 thuộc Chương trình phát triển Vật lý đến năm 2020.
Khi thiết lập dự án này, các nhà khoa học mong muốn tập chung vào phổ năng lượng tức thời của hạt nhân phát xạ trên đường bay, sau khi tương tác với bia MINOS và được đo trên hệ detector DALI2. Để thực hiện nghiên cứu các trạng thái đồng phân, một hệ detector AIDA được sử dụng để cấy và giữ các hạt nhân cần quan tâm và hệ detector EURICA dùng để đo các gamma trễ.□
