방사성 란탄 동위 원소에서 새로운 특징 발견

핀란드 위베스퀼레 대학 가속기 연구실의 연구원들은 방사성 란탄 동위 원소의 원자 질량을 매우 정밀하게 측정했고, 핵 결합 에너지에서 흥미로운 특징을 발견했습니다.

이 발견은 우주에서 철보다 무거운 원소가 어떻게 생성되는지 이해하는 데 필수적인 데이터를 제공하고, 핵 결합 에너지의 예상치 못한 변화를 일으키는 기본 핵 구조를 밝히기 위한 새로운 연구를 촉발합니다.

중성자가 풍부한 방사성 핵의 핵 결합 에너지는 우주의 중원소 기원을 다루는 계산에 필수적인 입력입니다. 최근, 위베스퀼라 대학의 가속기 연구실의 연구자들은 Ion Guide Isotope Separation On-Line(IGISOL) 시설을 사용하여 방사성 중성자가 풍부한 란탄 동위 원소를 생산했습니다. 생산된 동위 원소는 수명이 짧아 연구하기 어렵습니다.

"고감도 위상 이미징 이온 사이클로트론 공명 기술 덕분에 JYFLTRAP 페닝 트랩 질량 분석기를 사용하여 6개의 란탄 동위 원소의 질량을 매우 높은 정밀도로 결정할 수 있었습니다. 가장 이국적인 두 동위 원소인 란탄-152와 란탄-153의 질량이 처음으로 측정되었습니다." ERC CoG 프로젝트 MAIDEN의 일환으로 연구를 이끈 위베스퀼레 대학교의 아누 칸카이넨 교수가 말했습니다.

중성자별 충돌에서 관찰되는 현상

고정밀 질량 측정은 란탄 동위 원소의 중성자 분리 에너지를 연구하는 데 활용되었습니다. 중성자 분리 에너지는 주어진 동위 원소의 핵에서 중성자 하나를 제거하는 데 필요한 에너지 양을 알려줍니다.

칸카이넨은 "이것은 원자핵의 구조에 대한 정보를 제공하며, 적어도 중성자별 합병에서 일어나는 빠른 중성자 포획(r) 과정에 대한 천체물리적 중성자 포획률을 계산하는 데 필수적인 입력입니다. 이는 예를 들어 합병 GW170817에서 발생한 킬로노바 관측에서 입증됩니다."라고 설명합니다.

과학자의 화면에 알 수 없는 "범프"가 나타났다

이 연구에서 연구자들은 란탄 동위 원소의 2중성자 분리 에너지를 결정하고 중성자 수가 92에서 93으로 증가할 때 값의 강력하고 국부적인 증가인 " 범프 "를 발견했습니다. 관찰된 범프는 독특하며 추가 연구가 필요합니다.

"질량 데이터 분석을 하고 2중성자 분리 에너지를 계산한 후, 저는 이 특징을 발견하고 놀랐습니다. 현재의 핵 질량 모델 중 어느 것도 이를 설명할 수 없습니다. 이러한 동위 원소의 핵 구조가 갑자기 변해서 발생할 수 있다는 힌트가 있지만, 레이저나 핵 분광법과 같은 보완적인 방법을 사용한 추가 조사가 필요할 것입니다." 6월에 물리학과에서 박사 학위 논문을 옹호할 위베스퀼레 대학교의 박사 연구원인 아서 자리스는 이렇게 말합니다.

이론적 모델을 개발해야

새로운 정밀 질량 값으로 인해 계산된 천체물리학 중성자 포획 반응 속도가 최대 35%까지 바뀌었고 가장 극단적인 경우에는 질량 관련 불확실성이 최대 80배까지 감소했습니다.

"이러한 개선된 반응 속도는 r 프로세스에서 희토류 풍부도 피크의 형성을 해결하는 데 중요합니다. 더 중요한 것은 측정 결과 천체물리학 모델에서 사용되는 현재 핵 질량 모델이 이 특징을 예측하지 못하고 앞으로 추가 개발이 필요하다는 것을 보여준다는 것입니다." 칸카이넨이 말했습니다.


출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250131110448.htm

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