Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vysoce nabité mionové ionty vznikají, když je záporný mion zachycen atomem. Během tzv. mionové kaskády je pak většina vázaných elektronů vyvržena…
Mezinárodní tým vědců, včetně členů japonského Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, poprvé přímo pozoroval ionty s velkým elektrickým nábojem obsahující miony, zcela novou třídu exotických atomových systémů.
Pozorování provedené v plynné fázi má mj. demonstrovat možnosti pokročilých supravodivých mikrokalorimetrů se senzory přechodových hran (transition-edge-sensor, TES), založených na chování supravodivého materiálu v okolí kritické teploty.
Když se z normálního atomu odstraní mnoho elektronů, stane se vysoce nabitým. Ionty s vysokou mocností jsou cenným nástrojem pro výzkum v různých oblastech, včetně základní fyziky, jaderné fúze, povrchových věd a astronomie.
Vědci se zajímají zejména o plazma – ionizovaný plyn složený z kladných iontů a elektronů -, které se nachází v prostředí s vysokou energií, jako je Slunce a hvězdy. Studium vysoce nabitých iontů v plazmatu pomáhá prohloubit naše znalosti o hmotě za extrémních podmínek. Ačkoli přímý přístup do těchto prostředí není možný, analýza charakteristického rentgenového záření vyzařovaného vysoce nabitými ionty umožňuje nahlédnout do jejich struktury a chování.
Výzkumný tým se nyní zaměřil na vysoce nabité ionty, které obsahují záporně nabité elementární částice miony, těžší obdobu elektronů. Studium těchto iontů by mohlo otevřít nové možnosti výzkumu. Tým vedli Takuma Okumura z Tokijské metropolitní univerzity a Toshiyuki Azuma z RIKENu.
Vysoce nabité mionové ionty vznikají, když je záporný mion zachycen atomem. Během tzv. mionové kaskády je pak většina vázaných elektronů vyvržena a v atomu zůstane pouze jeden nebo několik málo elektronů. Ačkoli teoretické modely předpovídaly existenci vysoce nabitých mionových iontů, jako jsou konfigurace obdobné H, He a Li, dosud nikdy nebyly experimentálně pozorovány kvůli jejich krátké době života a nedostatečné citlivosti spektroskopických technik.
Nové experimenty byly prováděny na zařízení MUSE (Muon Science Experimental Facility) v experimentálním zařízení MLF (Matsaerials and Life Science Experimental Facility) v Japonském výzkumném komplexu protonových urychlovačů (J-PARC) v Tokai-mura (Ibaraki). Zařízení MUSE je schopno produkovat nejintenzivnější nízkoenergetické mionové svazky na světě, což umožnilo generovat i vysoce nabité mionové ionty. K detekci těchto iontů tým vylepšil své experimentální zařízení. Použili supravodivý mikrokalorimetr se senzorem přechodových hran (TES), rentgenový detektor vyvinutý pro vysoce přesnou spektroskopii. TES je schopen měřit energie rentgenového záření až do několika keV a s vysokým energetickým rozlišením, což je ideální pro identifikaci vzácných exotických atomů, jako jsou vysoce nabité mionové ionty.
Při použití atomů argonu (Ar) jako terčů se naměřená rentgenová spektra shodovala s teoretickými předpověďmi. Ve spektru se podařilo identifikovat vysoce nabitý mionový iont argonu typu „H-like“ (μAr¹⁶⁺) s jedním vázaným elektronem, zatímco píky na nízkoenergetické straně odpovídaly charakteristickému rentgenovému záření emitovanému ionty „He-like“ μAr¹⁵⁺ a „Li-like“ μAr¹⁴⁺ se dvěma, resp. třemi vázanými elektrony.
T. Okumura et al, Few-Electron Highly Charged Muonic Ar Atoms Verified by Electronic K X Rays, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.243001. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2407.07977
Zdroj: Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe / Phys.org, přeloženo / zkráceno
