Precise Q Values for Ultra-Low Energy and Highly Forbidden Beta Decays Using Penning Trap Mass Spectrometry

使用潘宁阱质谱法获得超低能量和高度禁止的 Beta 衰变的精确 Q 值

基本信息

  • 批准号:
    2111302
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 27万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-09-01 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The study of extreme phenomena in the physical sciences has often provided new discoveries and insights. In this project the PI will investigate one extreme limit of radioactive decays: beta-decays that occur with very low energy. These decays are interesting because they can be used in experiments to determine the mass of the neutrino (the light, neutral particle that is also emitted in beta-decay) and because they require the development of a more detailed theoretical description of the effect of atomic electrons on the nuclear decay process. To date, only one ultra-low energy beta decay has been observed (that of Indium-115). There are many other potential candidates, but the atomic masses of the parent and daughter nuclei are not known precisely enough to determine whether the proposed decay can actually occur. In this project the PI will perform precision atomic mass measurements of low energy beta decay systems using Penning trap mass spectrometry. The technique involves confining ions with magnetic and electric fields and then measuring the ion cyclotron frequency in the trap; from which atomic mass can be determined. Experiments will take place at Michigan State University and at Central Michigan University (CMU), providing training in experimental nuclear physics techniques for undergraduate and Ph.D. students at CMU.Weak decay processes such as nuclear beta-decay have provided significant contributions to our understanding of nuclear, atomic and particle physics. They continue to be of interest to aid our understanding of astrophysical processes, nuclear structure, fundamental symmetries, and properties of the neutrino. Very rare weak decay processes, such as highly forbidden, ultra-low Q value, and double-beta decays are important for investigating the particle nature and mass scale of the neutrino, modelling and understanding the background in very low count rate experiments, and for testing theoretical descriptions of nuclear beta-decay. In the proposed work, the PI will perform precise measurements of Q values for potential ultra-low energy beta-decay systems using LEBIT at the Facility for Rare Isotope Beams (FRIB). The decays of interest occur between the ground state of the parent nuclide and an excited state in the daughter with an energy of 1 keV. The proposed measurements will help to identify isotopes that are potential candidates for ultra-low Q value decays. These isotopes could be used in future neutrino mass experiments and will also be important for enabling meaningful tests of nuclear theory for these extreme decays where atomic interference effects are expected to play a significant role. The work will be performed by Ph.D. and undergraduateThis award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
物理科学中极端现象的研究经常提供新的发现和见解。在这个项目中,PI将研究放射性衰减的极端极限:能量非常低的β-赛季。这些衰减很有趣,因为它们可以用于实验中以确定中微子的质量(在β-赛季也发出的光,中性粒子),并且因为它们需要对原子电子对核衰减过程的影响的更详细的理论描述进行更详细的理论描述。迄今为止,仅观察到一个超低的能量β衰变(impium-115)。还有许多其他潜在的候选者,但是父母和女儿核的原子质量还不够确切地确定所提出的衰减是否确实会发生。在该项目中,PI将使用笔陷阱质谱法对低能β衰减系统进行精确原子质量测量。该技术涉及将离子与磁场和电场限制,然后测量陷阱中的离子回旋频率;可以从中确定原子质量。实验将在密歇根州立大学和中央密歇根大学(CMU)举行,为本科和博士提供实验性核物理技术培训。 CMU的学生努力衰减过程(例如核beta-decay)为我们对核,原子和粒子物理学的理解做出了重大贡献。他们继续感兴趣,以帮助我们理解中微子的天体物理过程,核结构,基本对称性和特性。非常罕见的弱衰减过程,例如高度禁止的,超低的Q值和双β衰减对于研究中微子的粒子性质和质量尺度,建模和理解非常低计数率实验的背景以及测试核beta-Decay的理论描述的背景很重要。在拟议的工作中,PI将使用LEBIT在设施中用于稀有同位素束(FRIB)的LEBIT对Q值进行Q值的精确测量。感兴趣的衰减发生在母核素的基态和能量为1 keV的女儿中的激发状态之间。所提出的测量将有助于识别成为超低Q值衰减的潜在候选的同位素。这些同位素可用于将来的中微子质量实验中,对于在原子干扰效应中有意义的衰减中,预期有意义的核理论测试也很重要。这项工作将由博士学位。本科生奖反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子优点和更广泛影响的评论标准来评估值得支持的。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Identification of a potential ultralow- Q -value electron-capture decay branch in Se75 via a precise Penning trap measurement of the mass of As75
通过对 As75 质量进行精确潘宁陷阱测量,识别 Se75 中潜在的超低 Q 值电子捕获衰变分支
  • DOI:
    10.1103/physrevc.106.065503
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Horana Gamage, M.;Bhandari, R.;Bollen, G.;Gamage, N. D.;Hamaker, A.;Puentes, D.;Redshaw, M.;Ringle, R.;Schwarz, S.;Sumithrarachchi, C. S.
  • 通讯作者:
    Sumithrarachchi, C. S.
Precise Q value determinations for forbidden and low energy $$\beta $$-decays using Penning trap mass spectrometry
使用潘宁陷阱质谱法精确确定禁能和低能 $$eta $$ 衰变的 Q 值
  • DOI:
    10.1140/epja/s10050-023-00925-9
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Redshaw, Matthew
  • 通讯作者:
    Redshaw, Matthew
Updated evaluation of potential ultralow Q -value β -decay candidates
对潜在超低 Q 值 β 衰变候选者的更新评估
  • DOI:
    10.1103/physrevc.107.015504
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Keblbeck, D. K.;Bhandari, R.;Gamage, N. D.;Horana Gamage, M.;Leach, K. G.;Mougeot, X.;Redshaw, M.
  • 通讯作者:
    Redshaw, M.
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    $ 27万
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