原子核物理学：高エネルギー原子核衝突における原子核の形状の画像化

原子核は、フェムトメートルスケールの空間内に強い核力によって自然に束縛される多体量子系である。このような複雑系は、さまざまな形状を呈し、これまでは低エネルギーでの非破壊的な分光技術を用いて探索されてきた。しかし、そのエネルギーでは、長い時間スケールの量子ゆらぎにより、その瞬間的な形状を直接観測することは困難である。今回我々は、超相対論的な速度で原子核を衝突させ、放出される核破片の集団的な応答を解析することにより、原子核の全体形状を画像化する、集団的フローを用いた核形状イメージング法を報告する。この技術は、衝突時の空間的な原子核物質分布のスナップショットを捉えるものであり、検出器で観測される粒子運動量分布に、流体力学的な膨張パターンが記録される。我々は、軸方向に細長い形状を持つことで知られる基底状態のウラン238原子核同士の衝突においてこの方法を検証した。今回の測定では、原子核基底状態で、軸対称性からわずかにずれた大きな変形が示され、この結果はこれまでの低エネルギー実験とほぼ一致している。この手法は、原子核の形状を画像化する新しい方法を提供し、高エネルギー衝突における初期状態の理解を深め、さまざまなエネルギースケールによって変化する原子核構造に関する重要な問題を取り扱える。

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