A Földünkön található vasnál nehezebb neutron-gazdag atommagok mintegy fele neutroncsillagok összeolvadásakor vagy szupernóvák összeomlásakor jön létre az asztrofizikai r-folyamat során. Ezen nukleoszintézis folyamat a nehéz neutron-gazdag magok tartományában, a stabilitás völgyétől (az asztrofizikai környezet tulajdonságainak függvényében) 5-25 neutron távolságban halad. Éppen ezért ezen atommagok szerkezete és a nukleoszintézis folyamatokban játszott szerepe jelentős tudományos érdeklődésre tart számot. Az elmúlt évtizedek folytonos technológiai fejlesztéseinek köszönhetően napjainkban a magfizikai kutatások csúcs technológiáját képviselő radioaktív nyalábok előállítására képes gyorsítóberendezésekkel a nuklidtérkép ezen tartományában számos érdekes magfizikai-magszerkezeti jelenséget tanulmányozhattunk már. Gondoljunk akár a héj- és alhéj lezáródásokra vagy akár az egzotikus proton-neutron arányú atommagok deformációira, mindezen effektusoknak asztrofizikai következményei is vannak. Érzékenyen befolyásolják ugyanis a neutron-befogások, a fotobomlások valószínűségeit, valamint a béta-bomlások sebességét és ezáltal meghatározzák a létrejövő anyag gyakoriság-eloszlását.

Kéziratunkban az izotóptérkép ezen negyedében található atommagok elmúlt évtizedekben végzett vizsgálatainak eredményeit vesszük számba támpontot adva a közeljövőben elvégzendő mérések számára.

John Bell éppen hatvan évvel ezelőtt megfogalmazott emblematikus tétele alapján az egymástól térben elkülönült, izolált rendszerek kvantumosan összefonódott állapotban olyan korrelációkat képesek létrehozni, amelyek semmilyen klasszikus módon nem állíthatók elő. E tétel érvényessége tetszőleges nagyságú klasszikus erőforrás mellett is fennáll.  

A természetnek ezek a meglepően erős, nagy távolságot is áthidaló korrelációi, más néven Bell-féle nemlokális korrelációk, számos informatikai alkalmazás alapjául szolgálnak, mint például a kvantumkulcsok kiosztása vagy a kvantum véletlenszámok generálásának radikálisan új módszerei.

Természetesen merül fel a kérdés, hogy amennyiben a helyi klasszikus erőforrások mellett megengedünk bizonyos mértékű klasszikus kommunikációt is a rendszerek között, vajon megmarad-e a nemlokális korrelációk előnye?

Ez egy olyan szimulációs probléma, amelyet számos tanulmányban vizsgálták már az egybites klasszikus csatornára korlátozva. Legutóbb Sidayaja és munkatársai (Quantum 7, 1150 (2023)) neurális hálózaton alapuló számításokkal erősítették meg azt a sejtést, hogy bármely összefonódott két-qubites állapoton elvégzett projektív mérések korrelációinak a halmaza szimulálható egy egybites klasszikus modellel.

A magasabb dimenziós rendszerekből származó kvantumkorrelációk klasszikus szimulációjának a komplexitása azonban nagyrészt továbbra is feltáratlan. A jelen cikkben az ezen osztályba tartozó kétrészű rendszerekre összpontosítottunk, és a stratégiánk a következő volt: olyan kétrészű Bell-típusú egyenlőtlenségeket állítottunk elő - résztvevőnként különböző számú mérési bemenettel és kimenettel -, amelyek nem sérthetők meg az egy klasszikus bittel kiegészített klasszikus modellekkel, majd olyan magasabb dimenziós állapotokat és méréseket kerestünk, melyek kvantumosan viszont sértik ezen egyenlőtlenségeket.

Kétféle megközelítést is alkalmaztunk az egyenlőtlenségek és a kapcsolódó interaktív játékok feltárására: az egyik módszerünk az ún. pszeudo-telepátiás nemlokális játékok egyidejű ismétlésén alapul, míg a másik módszerben egybites platóni Bell-típusú egyenlőtlenségeket alkottunk meg. Az úgynevezett branch-and-bound optimalizálási algoritmus segítségével sikerült megadnunk az egybites klasszikus korlátot, amelyet kvantumrendszerekkel számos esetben sikerült meghaladni. Az így kinyert egyik legelegánsabb kvantumos elrendezés 32×32 dimenziós maximálisan összefonódott állapotot és résztvevőnként 90 kétkimenetelű mérést tartalmazott (az ehhez tartozó Bell-típusú tanú az ábrán látható). Eredményeink kísérleti kvantumoptikai megvalósítás szempontjából is ígéretesnek tűnnek.

A légszennyezettség az emberi egészségkárosodás egyik fő oka Európában. Becslések szerint évente 310 000 idő előtti haláleset következik be az EU 27 tagállamában, amely kizárólag a finom (2,5 µm-nél kisebb = PM_2,5) aeroszol részecskéknek való kitettségnek köszönhető. Ismert, hogy a PM_2,5 részecskék elérik a légzőrendszer mélyebb traktusait (hörgők, alveolusok) és ott gyulladásos folyamatokat indíthatnak el. A 2,5 µm alatti tartományban további méretfrakciókat különböztetünk meg. Az egyes mérettartományba eső részecskék fő forrásaikban, képződési mechanizmusaikban, és ezáltal kémiai összetételükben egyaránt jelentősen különböznek.

A HUN-REN Atommagkutató Intézet (HUN-REN ATOMKI) kutatói több mint két évtizede foglalkoznak a légköri aeroszol forrásainak azonosításával. A korábbi eredményeink ösztönöztek minket arra, hogy elsőként vizsgáljuk meg a méret szerinti eloszlás függvényében a légköri aeroszol elem- és radiokarbon összetételét. A paraméterek egyidejű értékelése pontosabbá teszi az aeroszol részecskék különböző kibocsátási forrásainak és képződési folyamatainak megértését.

Kutatásunk során bebizonyítottuk, hogy jobb forrásazonosítás érhető el - különösen a fosszilis és a nem fosszilis (modern) források tekintetében - ha a részecskék méret szerinti eloszlását az alkalmazott analitikai módszerek kombinációjával vizsgáljuk. Megmutattuk az egyes módszerek előnyeit és hátrányait valamint, hogy a szmogos időszak kulcsfontosságú forrásainak (biomassza égetés és közlekedés) nyomjelzői elsősorban az ~1 µm-es mérettartományban jelennek meg. A modern széntartalom méreteloszlása a szmogos időszakban eltérést mutatott a vegetációs időszakhoz képest, míg a fosszilis széntartalom esetében a két eloszlás hasonlósága volt megfigyelhető. Ez utóbbi alátámasztja, hogy a közlekedésből származó részecskék eloszlása jelentősen nem változik.

Az atommagot általában gömb alakúnak gondoljuk, de számos vizsgálat kimutatta, hogy különböző deformált alakkal is rendelkezhet, például lehet megnyúlt szivar alakú, belapult zsemle alakú, háromtengelyű ellipszoid vagy körtéhez hasonló is. A különlegesen deformált atommagokhoz egzotikus mozgásformák kapcsolódhatnak. A háromtengelyű ellipszoid alakú atommagban királis vagy imbolygó forgás is létrejöhet. Királis forgás során a forgó atommag magtörzsének, valamint az aktív (párosítatlan) valencia-nukleonoknak egymásra merőleges perdületvektorai jobb- illetve balsodrású rendszert alkotnak. A különleges forgás eredményeként két, szinte azonos gerjesztési energián levő, azonos belső szerkezettel rendelkező, mágneses dipól gamma-átmenetekkel összekapcsolt sáv jelenik meg. Kiralitást először az egy aktív valencia-protont és egy aktív valencia-neutront tartalmazó páratlan-páratlan atommagokban, majd később a három aktív valencia-nukleonnal rendelkező egyszer páratlan tömegszámú atommagokban figyeltek meg. A legújabb kutatások szerint több királis szerkezet is létrejöhet egy adott atommagban, amelyek különböző aktív valancia-nukleon számnak, vagy azonos valancia-nukleon számnak de különböző konfigurációnak, vagy azonos konfiguráció különböző gerjesztettségének felelnek meg.

Háromtengelyűen deformált atommagok a 100-as tömegszám-tartományban is előfordulnak. Az elméleti számítások többszörös kiralitás megjelenésének lehetőségét jósolják ebben a tartományban, melyet alátámaszt a régió több atommagjában feltárt királis sávszerkezet. Az előrejelzéseknek megfelelően sikerült többszörös királis szerkezetet megfigyelni a páratlan tömegszámú ¹⁰³Rh atommagban, de a várakozásokkal ellentétben még nem találtak többszörös királis sávpárokat a páratlan számú protonnal és páratlan számú neutronnal rendelkező  atommagokban ebben a magtartományban.

A debreceni HUN-REN Atommagkutató Intézet (HUN-REN ATOMKI) kutatói több mint két évtizede vesznek részt a háromtengelyűen deformált atommagokban fellépő magszerkezeti jelenségek kutatásában. A nemzetközi együttműködés keretében elvégzett kísérletben a páratlan számú protonnal és páratlan számú neutronnal rendelkező ¹⁰⁴Rh atommag forgásait vizsgáltuk.

A kísérlet során a ¹⁰⁴Rh atommag közepes és nagyspinű gerjesztett állapotait a ⁹⁶Zr(¹¹B, 3n) reakcióban, a Gammasphere spektrométer segítségével vizsgáltuk. Az átmenetek koincidencia-kapcsolatai, intenzitás- és energiamérlegei, valamint szögeloszlásuk vizsgálata segítségével a ¹⁰⁴Rh atommag korábban ismert nívósémáját jelentősen kibővítettük, új forgási sávokat azonosítottunk. Az atommag gerjesztett állapotaihoz rendelt gamma-átmenetek nagy részének meghatároztuk a multipolaritását. A már ismert királis sávpár mellett egy újabb, szintén királis jellemzőket mutató sávpárt azonosítottunk.

A megfigyelt sávszerkezetek jellemzőit elméleti modellekre (CDFT, TAC-CDFT, PRM) alapozott számításokkal vetettük össze. Ezek jó leírását adták a kísérleti észleléseknek. A számítások eredményei igazolták, hogy mind a két sávpár királis és különböző belső szerkezettel rendelkeznek: a már ismert királis sávpárban a g_9/2 pályán levő aktív valencia-proton mellett az  aktív valencia-neutron a h_11/2 pályán helyezkedik el, míg az újonnan talált sávpárban ugyanolyan proton konfiguráció mellett kettő aktív valencia-neutron a g_7/2 és egy aktív valencia-neutron a h_11/2 pályán van. Ezzel az első kísérleti bizonyítékát adtuk a többszörös kiralitás megjelenésének a páratlan számú protonnal és páratlan számú neutronnal rendelkező atommagokban a 100-as tömegszámtartományban.

A nehéz kémiai elemeknek a nuklidtérkép protongazdag oldalán található stabil izotópjai robbanásos asztrofizikai eseményekben az úgynevezett γ-folyamat során jöhetnek létre. A folyamat bonyolult reakcióhálózattal jellemezhető, melyben fontos szerepet játszanak a  reakciók. A γ-folyamat vasnál nehezebb magokon játszódik le, ahol a magok nagy nívósűrűsége elengedhetetlenné teszi a statisztikus modell használatát a reakciók leírására. E modell egyik fontos paramétere a bombázó részecske és a céltárgymag közötti kölcsönhatást leíró potenciál, esetünkben az α-mag optikai modell potenciál (AOMP), amit az asztrofizikai környezetnek megfelelő energián kell ismernünk. A potenciál jellemzőit kísérleti úton úgy tudjuk meghatározni, hogy hatáskeresztmetszet-méréseket végzünk, amiknek eredményét összehasonlítjuk különböző AOMP modelleket felhasználó számítások eredményeivel. Kézenfekvő lenne a  reakciók hatáskeresztmetszetét mérve ellenőrizni a potenciált, azonban ezeknek a reakcióknak a kísérleti tanulmányozása nehézkes és jelentős bizonytalansággal terhelt. Korábbi kísérletek és számítások azonban azt mutatták, hogy az AOMP jól tanulmányozható alacsony energián  reakciókkal.

Jelen munkánkban Te izotópokon végbemenő  reakciókat tanulmányoztunk. A vizsgált reakciók végtermékei minden esetben radioaktívak, ezért az aktivációs módszert alkalmaztuk a kísérletek megvalósítására. A méréskhez természetes izotópösszetételű tellúr targeteket használtunk amelyeket az ATOMKI ciklotron gyorsítójával besugározva vizsgáltuk a ^{120,122,124,130}Te(α,n) reakciókat. A besugárzott céltárgyakban keletkező Xe izotópok bomlását HPGe detektorokkal követtük nyomon. A kísérletek eredményeként meghatároztuk az egyes reakciók hatáskeresztmetszetét az E_α,lab=10-17MeV energiatartományban.

A mért hatáskeresztmetszeteket összehasonlítottuk különböző optikai potenciálokkal végzett statisztikusmodell-számításokkal, a TALYS kód felhasználásával.

A cikk részletesen tárgyalja a kísérleti munka motivációit, megvalósítását és elméleti diszkusszióját. A cikk végső konklúziója, hogy a nemrégiben kifejlesztett ATOMKI-V2 AOMP szolgáltatja a kísérleti adatokkal legjobban egyező eredményeket a tanulmányozott reakciók esetében.

Sir Fred Hoyle a magfizikának, vagy talán az egész fizikának az egyik legsikeresebb elméleti jóslatát fogalmazta meg 1955-ben, amikor feltételezte, hogy a 12C atommagnak van egy speciális állapota. Ezt hamarosan meg is találták kísérletileg, és azóta Hoyle-állapotnak hívjuk. A fő sajátosságai a következők: közel van ahhoz az energiaküszöbhöz, ahol a 12C szét tud esni három alfa-részecskére, nulla az impulzusmomentuma, és fürtösödött állapot, vagyis három alfa-részecske dominálja a szerkezetét. Ez a rezonanciaállapot teszi lehetővé, hogy a csillagtűzben három 4He mag elégjen egy 12C-vé. Enélkül nem tudnának kialakulni a kémiai elemek, és többek között az élet sem.

Nemrégiben egy kísérlet azt tárta fel, hogy a 12C+12C reakcióban van négy állapot annak a küszöbenergiának a környezetében, ahol a 24Mg szét tud esni két 12C-re. Ezek szintén nulla perdülettel rendelkeznek, és arra utaltak a jelek, hogy ők is fürtösödött állapotok. Emiatt a felfedezők azt a sejtést fogalmazták meg, hogy a már ismert Hoyle-paradigma újabb megnyilvánulásával van dolgunk: a rezonanciák léte teszi lehetővé a reakciót, vagyis a 12C magokból a 24Mg létrehozását.

A dolgozat az elmélet oldaláról vizsgálja a kérdést kvantitatív módon. Nevezetesen a 0+ állapotok eloszlását írja le a küszöbenergia környékén. Az derül ki, hogy az egyszerű 12C+12C konfiguráció nem ad kellő állapotsűrűséget, de a speciális (kvartett-tipusú) háttérállapotokhoz való csatolódás igen.