Камера Комптона измеряет поляризацию гамма-лучей в эксперименте по ядерной физике

Камера Комптона использовалась для измерения поляризации гамма-лучей в эксперименте по ядерной физике. Это сделала группа под руководством Синтаро Го в японском кластере новаторских исследований RIKEN. Они говорят, что их новый подход может помочь физикам гораздо лучше исследовать структуру атомных ядер.

Атомное ядро ​​содержит протоны и нейтроны, связанные между собой сильной силой. Подобно электронам в атоме или молекуле, эти протоны и нейтроны могут существовать в нескольких различных энергетических состояниях, часто связанных с различной формой ядра. Переходы между этими состояниями часто связаны с испусканием гамма-фотонов, и изучение этих фотонов дает важную информацию о внутренней структуре ядер – дисциплина, называемая ядерной спектроскопией.

Эти исследования включают определение как спина, так и четности ядер, что можно сделать путем измерения поляризации испускаемых гамма-лучей. Однако провести точные измерения поляризации гамма-лучей — непростая задача.

Многослойная камера

Недавно новые возможности для высококачественных измерений открылись благодаря конструкции многослойной кадмий-теллуридной камеры Комптона, которая была впервые разработана Тадаюки Такахаши и коллеги из Токийского университета.

Камера Комптона состоит как минимум из двух слоев материала, которые взаимодействуют с гамма-лучами и обнаруживают их. Процесс начинается с неупругого (комптоновского) рассеяния гамма-кванта на первом слое. Фотон затем поглощается вторым слоем. Используя информацию о местоположении, полученную при обнаружении обоих этих событий, источник падающего гамма-излучения можно проследить до круга в космосе. Измерив множество таких взаимодействий, можно точно определить источник пучка гамма-лучей в месте пересечения кругов. В результате камеры Комптона сыграли важную роль в гамма-астрономии.

Действительно, конструкция Такахаси была впервые разработана для использования в японской миссии Хитоми, злополучном космическом телескопе, запущенном в 2016 году. Однако Го отмечает, что «с тех пор этот тип детектора применяется в широком диапазоне областей. Его области применения варьируются от обнаружения радиоактивных материалов, выброшенных после аварии на атомной электростанции в Японии, до использования в качестве многозондового трекера в ядерной медицине».

Зависит от поляризации

Теперь команда Го использовала комптоновскую камеру Такахаши в эксперименте по ядерной спектроскопии, в ходе которого измерялась поляризация гамма-лучей. Их метод использует тот факт, что вероятность того, что фотон является комптоновским рассеянием под определенным углом, зависит от его поляризации. Это означает, что камеру Комптона можно использовать для определения поляризации луча гамма-излучения, исходящего из источника в известном месте.

«Этот подход дает ценную информацию о линейной поляризации гамма-лучей возбужденных ядер», — говорит Го.

В ходе эксперимента исследователи обстреляли лучом протонов тонкую железную фольгу. Некоторые из этих протонов рассеиваются на ядрах железа-56, переводя ядра в возбужденное состояние, которое распадается с испусканием гамма-фотона. В этом эксперименте по проверке принципа этот ядерный переход был выбран потому, что гамма-лучи испускаются с хорошо известной поляризацией.

К радости Го и его коллег, поляризация фотонов, измеренная их камерой Комптона, близко соответствовала известному значению. Успешно продемонстрировав свою новую экспериментальную технику, команда Го надеется, что вскоре камеру можно будет более широко применять в современных экспериментах по ядерной спектроскопии.

«Наши результаты включают удивительно высокую чувствительность и эффективную эффективность обнаружения», — описывает Го. Он говорит, что это будет очень полезно для изучения редких радиоактивных ядер, что предполагает обнаружение очень небольшого количества фотонов.

Исследование описано в Научные доклады.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/compton-camera-measures-gamma-ray-polarization-in-nuclear-physics-experiment/