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物理学者が個々の原子核崩壊を機械的に検出する方法を発表

大学院生の Jiaxiang Wang さんは、この研究に使用された光トラップに取り組んでいます。写真提供: Yale Wright Lab。 近年、物理学者やエンジニアは、粒子と粒子間の相互作用を高精度で研究するための、ますます高度な機器を開発してきました。粒子検出器、センサー、加速度計などのこれらの機器は、研究者が物理プロセスをより詳細に研究するのに役立ち、興味深い新しい発見につながる可能性があります。 イェール大学の研究者らは最近、不安定な原子核が放射線を放出してエネルギーを失うプロセスである個々の原子核崩壊を機械的に検出する新しい方法を導入した。 物理レビューレターは、既存の方法では検出が困難または不可能な中性粒子を含む、崩壊時に放出されるすべての粒子に敏感です。 「私たちのグループは、真空中で光学的に捕捉された粒子を使用して、感度の高いミクロンスケールの力センサーと加速度計を開発しています」と、論文の共著者であるデビッド・C・ムーア氏は Phys.org に語った。「最近、これらのシステムの感度が非常に向上したため、原子核崩壊で放出されるアルファ粒子など、単一の基本粒子によってもたらされる力を検出できることが分かりました。」 ムーア氏と彼の同僚による最近の研究の主な目的は、個々の基本粒子によってもたらされる力を利用して原子核崩壊を検出する新しい技術を開発することでした。このような技術により、従来の検出器では検出が特に困難な、電荷を持たない粒子 (つまり中性粒子) を最終的に検出できるようになります。 光学的に捕捉された微小球は、その内部で崩壊する単一の原子核から放出されたアルファ粒子が逃げ出すと反動します。提供元: イェール ライト研究所。 「私たちのアプローチは、放射性核が埋め込まれた塵粒大の粒子の動きを監視することです」とムーア氏は説明した。「塵粒内の核が1つでも崩壊すれば、アルファ粒子やベータ粒子などの荷電粒子が逃げ出すときに粒子の電荷が変化するのを観察することでそれを検出できます。」 研究チームは、初期実験で、この方法によって個々の原子核のγ崩壊を検出できることを示した。特に注目すべきは、研究者らが、装置内の球体の位置を、そこから散乱するレーザー光から注意深く測定することで、数十ナノメートルの正確なスケールで粒子の反動全体を観察できたことである。 「私たちのアプローチにより、たとえ1日に1回だけなど、非常にまれにしか起こらない場合でも、粒子内で起きる個々の崩壊を検出することができます」とムーア氏は言う。「これにより、核監視や核不拡散に関連する塵粒サイズの粒子を研究し、長寿命同位体の個々の崩壊を検出できるようになるかもしれません。」 この研究は、近い将来、素粒子物理学研究に興味深い可能性をもたらす可能性があります。この研究で導入された有望な検出方法は、たとえば暗黒物質やエキゾチック粒子の探索に使用したり、従来の検出器では検出できない核プロセスや中性粒子の研究を前進させたりすることができます。 「今後の研究では、同じ技術をより小さなナノ粒子に拡張することを目指しています」とムーア氏は付け加えた。「これにより、球体から逃げる単一のニュートリノからの運動量キックを検出できるようになります。ニュートリノの相互作用は非常に弱いため、そうでなければ基本的に検出されずに逃げてしまいますが、この新しい技術は、これらの捉えにくい粒子を研究するための新しいツールになる可能性があります。」 詳しくは： Jiaxiang Wang 他「原子核崩壊の機械的検出」 物理レビューレター （2024）。DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.023602。 arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2402.13257 © 2024 サイエンスXネットワーク 引用:…
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