Ядрени спектри, изомери и симетрия: тест за фундаментални константи и тъмна материя

Научен колектив

Ръководител: проф. дфн Николай Минков Петров
Членове:

1. доц. д-р Елена Александрова Стефанова
2. доц. д-р Орлин Богомилов Йорданов
3. гл. ас. д-р Калин Павлов Друмев
4. гл. ас. д-р Момчил Николаев Найденов
5. студент Димана Борисова Григорова
6. проф. д-р Дионисиос (Денис) Бонацос
7. д-р Мария Андриани (Андриана) Мартиноу
8. докторант Спиридон Пероулис
9. докторант Тобиас Киршбаум
10. докторант Натанаел Контович

Резюме

  Предложените в настоящия проект теоретични и експериментални изследвания на атомното ядро са фокусирани върху изясняването на механизмите на ядрено възбуждане, чието проявление в определени случаи далеч надхвърля границите на ядрената система. В този аспект ще бъдат изучени явления и ефекти, при които определени ядрени състояния и физични величини се оказват чувствителни към възможни изменения с времето на някои фундаментални константи, както и към въздействието на слабо взаимодействащи частици (тъмна материя). Посредством моделни описания в рамките на микроскопични подходи от типа на Хартри-Фок (ХФ) и колективни модели, отчитащи квадруполни и октуполни деформации ще бъде оценена чувствителността на изомера ^229mTh (въз основа на който се разработва т.нар. „ядрен часовник“) към константата на фината структура, както и към взаимодействия, свързани с наличието на тъмна материя. Посредством ХФ подхода ще бъде установена микроскопичната структура на редица дългоживеещи изомери, като ^180mTa и ^166mHo, за които също се счита, че позволяват регистрирането на тъмна материя.

  Моделът ще бъде свързан с теоретични предсказания за взаимодействия с псевдо-скаларни (аксионо-подобни) частици, чийто принос към изомерното време на живот ще бъде оценен. В по-общ аспект, ще бъде изследвана ролята на основните микроскопични и колективни ядрени свойства - слоеста структура, деформация и симетрии за проявата на такива, както и на други интерестни явления в рамките на ядрената карта. Ще бъде потърсена връзка между изомерни състояния, симетрия и деформация, енергия на свързане/отделяне, фазови преходи по формата и съвместно съществуващи форми. Алгебричният подход на смесени моди (едночастични, сдвояващи и ротационни) с O(8) и SU(3) симетрии ще бъде приложен в един и повече ядрени слоеве за описание на колективни възбуждания в леки и среднотежки ядра, включително далеч от линията на стабилност. Ще бъде разработена векторно-бозонна реализация на схемата със заместваща (прокси) SU(3) симетрия, която ще бъде приложена за описание на основните и гама ивиците на деформираните ядра. Същата схема ще бъде приложена и за обяснение на ядрените изомери от гледна точка на симетрията.

  Посредством ХФ подхода и деформирания слоест модел ще бъдат описани нови данни за ядрени маси, енергии на свързване и мултиполни моменти в различни области на ядрената карта; ще бъдат направени предсказания за K-изомери и техни разпади в тежките и свръхтежките ядра. Ще бъде осъществено експериментално изследване чрез гама спектроскопия на мултидетекторни системи на структурата на екзотични ядра, получени в реакции на индуцирано делене, спонтанно делене, реакции на пълно сливане с изпарение на неутрони, както и чрез реакции на прехвърляне. Ще бъдат измерени енергии и времена на живот на изомерни състояния. Ще бъдат установени схемите на възбудени „ираст“ състояния в неутронно-богати ядра от масовата област A≈100. Ще бъдат изследвани усилени октуполни корелации в стронциеви ядра с N > 50.

Очаквани резултати

• • Микроскопично и колективно моделни описания на ^229mTh с предсказания за факторите на чувствителност на изомерния преход към изменения с времето на константата на фината структура и параметъра на силното взаимодействие; Връзка с евентуални осцилации на ултралека тъмна материя (УЛТМ); Моделни предсказания за нискоенергетични изомери в съседни ядра.


• • Установяване на механизма на формиране и структурата на дългоживеещи ядрени изомери, кандидати за детектиране на слабо взаимодействащи масивни частици (СВМЧ) (тъмна материя); Моделни описания; Връзка на изомерната енергия и електромагнитни свойства с величини, релевантни за тъмната материя и нейните носители (аксионо-подобни частици); Изясняване на ролята на ядрените симетрии и деформация; Oценки за възможния принос на аксиона към аномалния магнитен момент на електрона и съответните поправки в отместването на Ламб.


• • Векторно-бозонна алгебрична реализация на прокси SU(3) схемата; Описания на основни и гама ротационни ивици; Колективни ядрени свойства в областите на триаксиални форми; Връзка между слоеста структура, ССФ и фазови преходи по формата и областите (острови) на различни типове деформация и ССФ; Ефекти на прокси SU(3) симетрия при свръхтежките ядра.


• • Изясняване на ролята на всяка от модите – ротационна, сдвояване и едночастична в четно-четните, нечетно-нечетни и четно-нечетни ядра; Намиране на обобщен принцип за симетрично-обосновано орязване на комбинирания базис.


• • Получаване и теоретично описание на нови данни за двунеутронни енергии на отделяне, ядрени радиуси и квадруполни моменти в екстремни области на ядрената карта; Систематика и интерпретация на данните от гледна точка на еволюцията на ядрената форма, фазовите преходи и съответните изменения на слоестата структура. Предсказания за свръхтежки K-изомери и техни разпади.


• • Ново знание за структурата на възбудените състояния в неутронно-богати ядра от областите А ≈ 100 и A≈140; Идентификацията и интерпретация на нови ираст структури в атомните ядра; Идентификация на триаксиални форми; Времена на живот на възбудени състояния, вкл. изомери в неутронно-богати ядра от масовата област А≈100, както и времена на живот на октуполни състояние с усилена октуполна колективност.