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이화학연구소(RIKEN) 니시나(仁科)가속기과학연구센터 스핀아이소스핀연구실, 독일의 다름슈타트공과대학(Technische Universität Darmstadt), 원자력연구개발기구(JAEA) 등의 국제 공동 연구그룹이 RCNP 사이클로트론 시설의 고분해능 자기 분석 장치를 이용한 실험을 통해, 주석(Sn) 동위체 원자핵 표면에 존재하는 알파 입자, 즉 헬륨 –4원자핵(4He, 양자 수2, 중성자 수2)을 발견함.

지금까지 무거운 원자핵의 표면에 알파 입자가 존재한다는 것은 이론적 가설에 불과하여 입증된 바 없었음. 연구진은 RCNP 사이클로트론으로 얻은 4억 전자볼트의 양성자 빔을 4개의 주석 표적(112Sn, 116Sn, 120Sn, 124Sn)에 입사(入射), 알파 입자에‘넉 아웃(knockout) 반응 실험’을 실시함. 넉 아웃된 알파 입자와 산란된 양성자를 정밀 분석한 결과, 알파 입자가 주석 원자핵의 표면에 존재한다는 증거를 얻게 됨.

본 발견은 중성자별의 질량과 크기의 관계를 부여하는 파라미터 결정에 영향을 주고, 알파 붕괴 원리 규명으로 이어질게 될 성과로, 원자 핵 물리학 전체 영역 연구 개발에 기여할 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 Science(Formation of α clusters in dilute neutron-rich matter)에 게재됨.