Camera Compton đo độ phân cực của tia gamma trong thí nghiệm vật lý hạt nhân – Thế Giới Vật Lý

Một máy ảnh Compton đã được sử dụng để đo độ phân cực của tia gamma trong một thí nghiệm vật lý hạt nhân. Việc này được thực hiện bởi một nhóm do Shintaro Go tại Cụm nghiên cứu tiên phong RIKEN của Nhật Bản. Họ nói rằng phương pháp mới của họ có thể giúp các nhà vật lý thăm dò cấu trúc của hạt nhân nguyên tử một cách chi tiết hơn nhiều.

Hạt nhân nguyên tử chứa các proton và neutron liên kết với nhau bởi lực mạnh. Giống như các electron trong nguyên tử hoặc phân tử, các proton và neutron này có thể tồn tại ở một số trạng thái năng lượng riêng biệt – thường liên quan đến các hình dạng khác nhau của hạt nhân. Sự chuyển đổi giữa các trạng thái này thường liên quan đến sự phát xạ của các photon tia gamma và việc nghiên cứu các photon này cung cấp thông tin quan trọng về cấu trúc bên trong của hạt nhân – một ngành gọi là quang phổ hạt nhân.

Những nghiên cứu này liên quan đến việc xác định cả spin và tính chẵn lẻ của hạt nhân, điều này có thể được thực hiện bằng cách đo độ phân cực của tia gamma phát ra. Tuy nhiên, việc thực hiện các phép đo chính xác về độ phân cực của tia gamma không phải là nhiệm vụ dễ dàng.

Camera đa lớp

Gần đây, những cơ hội mới cho phép đo chất lượng cao đã đến từ thiết kế máy ảnh Compton cadmium-telluride nhiều lớp được phát triển lần đầu tiên bởi Tadayuki Takahashi và các đồng nghiệp tại Đại học Tokyo.

Máy ảnh Compton bao gồm ít nhất hai lớp vật liệu tương tác và phát hiện tia gamma. Quá trình bắt đầu với sự tán xạ không đàn hồi của photon tia gamma (Compton) từ lớp đầu tiên. Sau đó photon được hấp thụ bởi lớp thứ hai. Bằng cách sử dụng thông tin vị trí từ việc phát hiện cả hai sự kiện này, nguồn của tia gamma tới có thể được truy ngược về một vòng tròn trong không gian. Bằng cách đo nhiều tương tác như vậy, nguồn của chùm tia gamma có thể được xác định chính xác tại giao điểm của các vòng tròn. Kết quả là máy ảnh Compton đã đóng một vai trò quan trọng trong thiên văn học tia gamma.

Thật vậy, thiết kế của Takahashi lần đầu tiên được phát triển để sử dụng cho sứ mệnh Hitomi của Nhật Bản, một kính viễn vọng không gian xấu số được phóng vào năm 2016. Tuy nhiên, Go chỉ ra rằng “loại máy dò này kể từ đó đã được áp dụng cho nhiều lĩnh vực. Các ứng dụng của nó bao gồm từ việc định vị các vật liệu phóng xạ thoát ra sau vụ tai nạn nhà máy điện hạt nhân ở Nhật Bản cho đến đóng vai trò là thiết bị theo dõi nhiều đầu dò trong y học hạt nhân.”

Phụ thuộc vào phân cực

Giờ đây, nhóm của Go đã sử dụng máy ảnh Compton của Takahashi trong một thí nghiệm quang phổ hạt nhân đo độ phân cực của tia gamma. Kỹ thuật của họ lợi dụng thực tế là xác suất để một photon bị tán xạ Compton ở một góc nhất định phụ thuộc vào độ phân cực của nó. Điều này có nghĩa là máy ảnh Compton có thể được sử dụng để xác định độ phân cực của chùm tia gamma phát ra từ một nguồn ở một vị trí đã biết.

“Phương pháp này cung cấp thông tin có giá trị về sự phân cực tuyến tính của tia gamma từ các hạt nhân bị kích thích”, Go nói.

Trong thí nghiệm, các nhà nghiên cứu bắn một chùm proton vào một lá sắt mỏng. Một số proton này tán xạ từ hạt nhân sắt-56 – đưa hạt nhân vào trạng thái kích thích rồi phân rã do phát ra một photon tia gamma. Trong thí nghiệm chứng minh nguyên lý này, quá trình chuyển đổi hạt nhân này được chọn vì tia gamma được phát ra với độ phân cực đã biết.

Trước sự vui mừng của Go và các đồng sự, độ phân cực photon đo được bằng máy ảnh Compton của họ rất khớp với giá trị đã biết. Sau khi trình diễn thành công kỹ thuật thử nghiệm mới của mình, nhóm của Go hy vọng rằng máy ảnh này có thể sớm được ứng dụng rộng rãi hơn trong các thí nghiệm quang phổ hạt nhân tiên tiến nhất.

Go mô tả: “Phát hiện của chúng tôi bao gồm độ nhạy cao đáng kể và hiệu quả phát hiện hiệu quả”. Ông cho biết điều này sẽ rất hữu ích cho việc nghiên cứu các hạt nhân phóng xạ hiếm, liên quan đến việc phát hiện những số lượng rất nhỏ photon.

Nghiên cứu được mô tả trong Báo cáo khoa học.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/compton-camera-measures-gamma-ray-polarization-in-nuclear-physics-experiment/