Камера Compton вимірює поляризацію гамма-випромінювання в ядерно-фізичному експерименті – Physics World

Камера Комптона була використана для вимірювання поляризації гамма-променів у ядерно-фізичному експерименті. Це робила команда під керівництвом Синтаро Го в японському Кластері піонерських досліджень RIKEN. Вони кажуть, що їхній новий підхід міг би допомогти фізикам досліджувати структуру атомних ядер набагато краще.

Атомне ядро ​​містить протони та нейтрони, які зв’язані між собою сильною силою. Подібно до електронів в атомі чи молекулі, ці протони та нейтрони можуть існувати в кількох різних енергетичних станах, які часто пов’язані з різними формами ядра. Переходи між цими станами часто пов’язані з випромінюванням фотонів гамма-випромінювання, і вивчення цих фотонів дає важливу інформацію про внутрішню структуру ядер – дисципліна, яка називається ядерною спектроскопією.

Ці дослідження передбачають визначення як спіну, так і парності ядер, що можна зробити шляхом вимірювання поляризації випущених гамма-променів. Однак зробити точні вимірювання поляризації гамма-випромінювання непросте завдання.

Багатошарова камера

Нещодавно нові можливості для високоякісних вимірювань виникли завдяки конструкції багатошарової кадмій-телуридної камери Compton, яка була вперше розроблена Тадаюкі Такахаші та колеги з Токійського університету.

Камера Комптона містить принаймні два шари матеріалу, які взаємодіють із гамма-променями та виявляють їх. Процес починається з непружного (комптонівського) розсіювання фотона гамма-випромінювання від першого шару. Потім фотон поглинається другим шаром. Використовуючи інформацію про положення, отриману від виявлення обох цих подій, джерело падаючого гамма-випромінювання можна відстежити назад до кола в космосі. Вимірюючи багато таких взаємодій, джерело пучка гамма-променів можна точно визначити на перетині кіл. У результаті камери Комптона відіграли важливу роль в гамма-астрономії.

Дійсно, конструкція Такахаші була вперше розроблена для використання в японській місії Хітомі, яка була нещасливим космічним телескопом, запущеним у 2016 році. Однак Го зазначає, що «з тих пір цей тип детектора застосовувався в широкому діапазоні областей. Його застосування варіюється від визначення місцезнаходження радіоактивних матеріалів, викинутих після аварії на атомній електростанції в Японії, до використання в якості багатозондового трекера в ядерній медицині».

Залежить від поляризації

Тепер команда Го використала камеру Комптона Такахаші в експерименті з ядерної спектроскопії, який вимірював поляризацію гамма-променів. Їхня техніка використовує той факт, що ймовірність комптонівського розсіяння фотона під певним кутом залежить від його поляризації. Це означає, що камеру Комптона можна використовувати для визначення поляризації пучка гамма-променів, що походить від джерела у відомому місці.

«Цей підхід надає цінну інформацію про лінійну поляризацію гамма-променів від збуджених ядер», — каже Го.

В експерименті дослідники випустили пучок протонів на тонку фольгу заліза. Деякі з цих протонів розсіюються від ядер заліза-56, переводячи ядра в збуджений стан, який розпадається випромінюванням фотона гамма-променів. У цьому експерименті з підтвердженням принципу цей ядерний перехід було обрано, оскільки гамма-промені випромінюються з добре відомою поляризацією.

На радість Го та його колег, поляризація фотонів, виміряна їх камерою Комптона, дуже збігалася з відомим значенням. Успішно продемонструвавши свою нову експериментальну техніку, команда Go сподівається, що незабаром камеру можна буде ширше застосовувати в експериментах із найсучаснішою ядерною спектроскопією.

«Наші результати включають надзвичайно високу чутливість і ефективну ефективність виявлення», — описує Го. Він каже, що це буде дуже корисно для вивчення рідкісних радіоактивних ядер, яке передбачає виявлення дуже невеликої кількості фотонів.

Дослідження описано в Наукові доповіді.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/compton-camera-measures-gamma-ray-polarization-in-nuclear-physics-experiment/