Een kennismaking met het 3He(e,e'pp) experiment bij AmPS


De kernfysica richt zich op het bestuderen van de eigenschappen van atoomkernen. Deze atoomkernen zijn opgebouwd uit kerndeeltjes: protonen en neutronen. Hoe deze deeltjes in een atoomkern bij elkaar worden gehouden is reeds lange tijd onderwerp van studie. De kernkracht die hiervoor verantwoordelijk is, zorgt voor aantrekking tussen de kerndeeltjes zolang zij betrekkelijk ver van elkaar verwijderd zijn. Komen ze echter dichter bijeen, dan stoten ze elkaar sterk af. De twee betrokken deeltjes botsen daarbij heftig op elkaar en schieten met hoge snelheid uiteen. Deze onderlinge beinvloeding wordt aangeduid met de term `correlaties'. Over de manier waarop de kernkracht op zulke korte afstanden werkt is echter het laatste woord nog niet gesproken.

Het effect van de kernkracht en correlaties kan worden bestudeerd door de twee betrokken deeltjes uit de kern te schieten, juist op het moment dat ze dicht opeen zitten. Het beste kun je hiervoor elektronen gebruiken, aangezien hun electro-magnetische wisselwerking goed bekend is. Ook is het nuttig om een kern te kiezen waar slechts drie kerndeeltjes in zitten: het is dan nog net mogelijk om, op basis van een realistisch model voor de kernkracht, uit te rekenen wat de kans op dergelijke botsingen is.

Zulk soort metingen zijn uitgevoerd met de elektronenversneller van het Nationaal Instituut voor Kernfysica en Hoge-Energie Fysica (NIKHEF), gelegen in de Amsterdamse Watergraafsmeer. Hierbij werden elektronen met bijna de lichtsnelheid afgevuurd op een gas met helium-3-atomen. Wanneer een atoomkern wordt geraakt door een elektron, raakt het elektron een deel van zijn energie en impuls kwijt en spat de kern in stukken uiteen. Door de snelheid en richting van de brokstukken te bepalen, kun je proberen om de situatie van voor de inslag te reconstrueren en te zoeken naar gevallen waar twee protonen dicht bijeen zaten.

Correlaties zijn echter niet het enige proces waardoor twee protonen met een hoge snelheid kunnen worden gemeten. De energie van het elektron kan ook worden gebruikt om een kerndeeltje in een `aangeslagen' toestand te brengen, waarin een zogenoemd Delta-deeltje ontstaat. Wanneer deze weer terugvalt naar een kerndeeltje, levert dit ook twee deeltjes met een hoge snelheid op. De kans dat zo'n Delta wordt gemaakt is echter afhankelijk van de hoeveelheid energie die in het systeem gestopt werd. Daarom zijn in dit experiment metingen uitgevoerd waarbij een wisselende hoeveelheid energie door het electron werd overgedragen. Door resultaten van deze metingen met elkaar en met een theoretische berekening te vergelijken, kon een gebied worden gevonden waar dit soort storende processen maar een kleine bijdrage leveren. Daarmee openen de resultaten van dit experiment ook de deur om de bijzondere eigenschappen van de kernkracht op korte afstand te onderzoeken.

For more information on 3He(e,e'pp) activities contact davidg@nikhef.nl .