Halokärnor

Experimentella studier

Det första problem man stöter på när man vill göra experiment med halokärnor är att få dem producerade. Detta kräver våldsamma kollisioner mellan atomkärnor vid hög energi och vi är därför tvugna att åka till stora utländska acceleratorcentra som CERN i Genève, Schweiz, GSI i Darmstadt, Tyskland eller GANIL i Caen, Frankrike. Alla dessa forskningsanläggningar producerar "radioactive beams", dvs. de är faciliteter som kan separera de önskade radioaktiva kärnorna från allt som blir producerat i kollisionerna och accelerera de önskade kärnorna så de kan hanteras enkelt. Halveringstiderna for halokärnor ligger under en sekund, typiskt omkring tio millisekunder, så det är viktigt att separationen sker snabbt och effektivt.

Ett exempel på en radioaktiv beam facilitet är ISOLDE på CERN. Bilden visar en skiss av anläggningen. Kollisionerna kan ske i två olika targetstationer där hög-energetiska protoner (grönt beam) träffar ett fast eller flytande material uppvärmt till 1500-2300 grader. De önskade radioaktiva kärnorna separeras och forslas till experiment via de röda beamlinjerna. Lägg märke till att targetstationerna är kraftigt avskärmade med betong för att undgå att radioaktivitet slipper ut till omgivningen. Med violett är markerat områdena där det radioaktiva materialet bevaras efter experimenten. All hantering av detta material görs med industrirobotar.

Vid de andra "radioactive beam" faciliteterna, GSI och GANIL, kan man accelerera man stabila kärnor till hög energi, låta dem kollidera med ett target. Fragmenten (lättare kärnor) som bildas fortsätter då med stor hastighet och man kan separera de intressanta produkterna från resten av fragmenten. Man får då en hög-energi stråle av de önskade radioaktiva kärnorna som man kan göra reaktionsexperiment med. Både den totala reaktionssannolikheten och fördelningen av reaktionsprodukter kan utnyttjas till att extrahera information om strukturen av de reagerende halokärnorna.

Ett exempel från ett GSI experiment visas i figuren. Strålen av halokärnor (det vita beamröret) träffar ett av flera targets i targetkammaren (ljusgrönt). Reaktionsprodukter med laddning avböjs i den stor ALADIN magneten, deras bana bestäms med hjälp av flera trådkammare (turkos). De neutrala produkterna, dvs. neutroner, avböjs inte och detekteras i LAND (blå). Kärnorna har hastigheter på 60-70% av ljushastigheten, och för att tillförsäkra att experimentet har en tillräcklig precision är det nödvändigt att anbringa detektorerna flera meter från varandra. Produktionen av halokärnor sker här hundratals meter tidigare i beamlinjen i en facilitet som kallas FRS.