【儀表網 研發(fā)快訊】中國科學院近代物理研究所參與國際合作實驗研究，首次測量得到鉈-205離子的束縛態(tài)β衰變半衰期，為理解太陽長期穩(wěn)定性提供了重要信息。相關成果于近日發(fā)表在《物理評論快報》上。近代物理所儲存環(huán)核物理室作為主要貢獻團隊在實驗開展等方面發(fā)揮了重要作用。
太陽是地球生命的主要能量來源，通過核聚變過程產生巨大的能量。在這一過程中，太陽會釋放出中微子，這些粒子為我們探索太陽內部動態(tài)提供了重要線索。盡管現代中微子探測器能夠揭示太陽當前的活動情況，但太陽在數百萬年間(這一時間段內地球曾經歷顯著的氣候變化)的穩(wěn)定性仍是一個未解的科學難題。
為了深入研究這一科學問題，科學家于上世紀80年代提出紅鉈礦實驗(LOREX)。該實驗是目前唯一還在運行中的研究太陽中微子長期歷史的地球化學實驗，其目標是利用地質記錄來測量太陽中微子在數百萬年間的通量。鉈-205在已知核素中具有最低的中微子俘獲閾值，是探測太陽中微子的理想核素。太陽產生的中微子與紅鉈礦中的鉈-205原子相互作用，將其轉變?yōu)殂U-205原子。鉛-205在地球上的半衰期長達1700萬年，因此它能很好地記錄太陽中微子活動。然而，鉈-205的中微子俘獲截面至今無法直接測量。
在本研究中，研究團隊利用德國亥姆霍茲重離子研究中心(GSI/FAIR)的加速器系統(tǒng)生成初級束流，通過與靶核碰撞產生、經碎片分離器(FRS)純化出205Tl81+次級束流，并將其引入冷卻儲存環(huán)(ESR)進行長時間觀測。研究團隊測得205Tl81+離子的束縛態(tài)β衰變半衰期約為291天，顯著長于此前的理論預測值122天或52.43天。
基于這一結果，團隊間接獲得了核躍遷矩陣元的大小，從而首次精確計算了鉈-205的中微子反應截面，并得出太陽中微子總俘獲率為92±14SNU(太陽中微子單位)。
該研究成果為LOREX實驗未來的發(fā)展指明了方向。根據實驗數據估算，現有實驗條件下實現統(tǒng)計顯著的測量難度極大，還需進一步提高實驗靈敏度。如果LOREX實驗能夠成功確定紅鉈礦中鉛-205原子的豐度，將為太陽在過去400萬年間的演化歷史及其與地球氣候變化之間的聯系，提供重要的科學見解。
圖：實驗裝置示意圖 圖/陳瑞九
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