I Avdelningen för Subatomär Fysik forskar vi huvudsakligen på exotiska, kortlivade atomkärnor som uppvisar nya, intressanta strukturer, där den mest spektakulära är neutronhalon.
Atomkärnan är uppbyggd av oladdade neutroner och positivt laddade protoner, som tillsammans kallas nukleoner. Antalet protoner bestämmer kärnans totala laddning, för att kompensera denna och bilda en neutral atom måste lika många atomära elektroner befinna sig runt kärnan. Detta bestämmer vilket grundämne som vi har, och antalet elektroner ger de kemiska egenskaperna hos detta. Antalet neutroner i kärnan kan variera för samma antal protoner, vi får olika isotoper, som har olika massa, av ett grundämne. En given kombination av neutroner och protoner kallas för nuklid och skrivs AZXN, där Z är antalet protoner, N antalet neutroner, A = Z + N antalet nukleoner och X är den kemiska beteckningen för grundämnet. Detta är överbestämt då N = A - Z och Z är atomnumret som fås från den kemiska beteckningen, så vanligtvis skrivs bara AX Nukliderna representeras vanligtvis som kvadrater på nuklidkartan med N på x-axeln och Z på y-axeln.
För stabila (ej radioaktiva) isotoper är normalt antalet protoner och neutroner ungefär lika stort. Då man adderar fler och fler neutroner till en kärna så kommer den att bli ostabil, radioaktiv. Till slut kan den inte binda fler neutroner, vi har då nått den så kallade "dripline". Här har kärnan typiskt en livstid på ett fåtal millisekunder. Vi kan se detta på det utsnitt av nuklidkartan som visas nedan.
Då vi kommer till denna gräns visar vissa atomkärnor upp nya strukturer, den
mest spektakulära är neutron halo-effekten. Den mest kända kärnan
som har denna struktur är 11Li som har 3 protoner och 8 neutroner.
Då vi går från 9Li över den obundna 10Li
till 11Li går vi samtidigt från att ha haft en
kompakt struktur där neutroner och protoner samsas i en kärna med en
homogen densitet till en ny struktur där de två sista neutronerna befinner
sig långt från den inre kärnan, vi har alltså en neutrongloria eller halo
som omgärdar en inre kärna av 9Li med normal densitet.
11Li och några andra exempel på halokärnor är markerade på nuklidkartan.
Att neutronerna kan befinna sig på ett så stort avstånd beror på en kvantmekanisk effekt som kallas för tunnling. En stor del av tiden återfinns neutronerna så långt från kärnans attraktiva potential att de inte i klassisk mening känner av denna.
I samband med 11Li kan ännu en iakttagelse göras; som tidigare nämndes är 10Li, som man kan föreställa sig skulle bestå av en 9Li omgiven av en löst bunden neutron, obunden. Det krävs alltså att vi har ett tre-kropparsystem (9Li + n + n) för att bilda ett bundet system, alla kombinationer av två av dessa kroppar är obundna. Denna egenskap finns också hos de Borromeiska ringarna som återfinns på de borromeiska prinsarnas1 vapensköld, där tre ringar sitter ihop på ett sådant sätt att om man tar bort någon av dem, kommer de två kvarvarande inte att hänga ihop längre. Se figuren nedan.
Generellt är halokärnor kvantmekaniska två- eller tre-partikelsystem bestående av en centralkärna och en eller två halo-neutroner. Två-partikelsystemen är relativt enkla att beskrive, tre-partikelsystemen kräver något mer avancerade matematiska (och beräkningsmässiga) metoder.
Om man vill studera dessa kärnor så finns det huvudsakligen två metoder; antingen titta på hur de sönderfaller (de är radioaktiva) eller göra reaktioner vid höga energier (slå sönder dem och studera vad som kommer ut). Halokärnorna är betydligt större än motsvarande (med samma antal nukleoner) "normala" kärnor på grund av halostrukturen, så de har lättare att reagera med ett strålmål, dvs. har större reaktionssannolikhet.
Det första problemet är att producera nukliderna, med halveringstider på millisekunder måste experimenten göras direkt vid produktionen. Vid avdelningen bedrivs såna studier där den experimentella verksamheten äger rum vid ett flertal europeiska forskningscentra, detta beskrivs på experimentsidan.
![[UPP]](upp.gif) |
![[HEM]](hem.gif) |