การทดลองMiniball เป็นชุดอุปกรณ์สเปกโทรสโกปีรังสีแกมมาที่ติดตั้งประจำอยู่ที่ศูนย์ ISOLDEของCERNร่วมกับสถานที่อื่นๆ เช่นGSI , โคโลญ , PSIและRIKEN (HiCARI) ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} Miniball เป็น อาร์เรย์ ตัวตรวจจับเจอร์มาเนียมความละเอียดสูง ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อใช้งานกับ ลำแสงไอออนกัมมันตรังสีความเข้มต่ำ ที่เร่งความเร็วโดย HIE-ISOLDE (High Intensity and Energy-ISOLDE) เพื่อวิเคราะห์รังสีแกมมาที่ปล่อยออกมาจากนิวเคลียสที่มีอายุสั้น เนื่องจากมีการแบ่งส่วนตัวตรวจจับหกส่วน Miniball จึงมีความสามารถในการแก้ไข Doppler ที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับสเปกโทรเมตรรังสีแกมมาแบบดั้งเดิมที่ใช้ตัวตรวจจับแบบไม่แบ่งส่วน อาร์เรย์นี้ถูกนำมาใช้ในการ ทดลอง การกระตุ้นคูลอมบ์และปฏิกิริยาการถ่ายโอนที่ประสบความสำเร็จกับลำแสงแปลกใหม่ ผลลัพธ์จากการทดลอง Miniball ถูกนำมาใช้เพื่อกำหนดและตรวจสอบโครงสร้างนิวเคลียร์^{[ 5 ]}

Miniball ได้เริ่มใช้งานที่เครื่องเร่งอนุภาค REX-ISOLDE (Radioactive ion beam EXperiment-ISOLDE) ที่ CERN ตั้งแต่ปี 2001 ^{[ 6 ]}ในปี 2015 มันได้กลายเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ HIE-ISOLDE โดยเชื่อมต่อผ่านลำแสง XT01 ^{[ 7 ]}มันเป็นเครื่องสเปกโตรมิเตอร์รังสีแกมมาเจอร์มาเนียมเครื่องแรกที่ใช้งานได้อย่างสมบูรณ์ ซึ่งสามารถกำหนดพิกัดเชิงพื้นที่ของจุดปฏิสัมพันธ์ของรังสีแกมมาภายในปริมาตรของตัวตรวจจับโดยใช้การวิเคราะห์รูปร่างพัลส์^{[ 8 ]}

กลไกปฏิกิริยาหลักสองอย่างที่ใช้ในการทดลองด้วยอุปกรณ์ Miniball ที่ ISOLDE คือการกระตุ้นด้วยแรงคูลอมบ์และปฏิกิริยาการถ่ายโอน (ส่วนใหญ่เป็นการถ่ายโอนนิวตรอนหนึ่งและสองตัว)

การกระตุ้นด้วยคูลอมบ์เป็นเทคนิคที่ใช้ในการตรวจสอบ ลักษณะทาง แม่เหล็กไฟฟ้า (EM) ของโครงสร้างนิวเคลียร์นิวเคลียสจะถูกกระตุ้นโดยการชนแบบไม่ยืดหยุ่นกับนิวเคลียสอื่น เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีส่วนร่วมของแรงนิวเคลียร์ระยะสั้นในกระบวนการกระตุ้น จำเป็นต้องมีระยะห่างที่ใกล้ที่สุดระหว่างนิวเคลียสที่ชนกันมากพอสมควร จากนั้นนิวเคลียสจะสลายตัวไปยังสถานะที่ต่ำกว่า ปล่อยรังสีแกมมาซึ่งสามารถตรวจจับได้โดยใช้เครื่องตรวจจับรังสีแกมมา^{[ 9 ]}วิธีนี้มีประโยชน์สำหรับการตรวจสอบความเป็นกลุ่มในนิวเคลียส (การเคลื่อนที่ของนิวคลีออน แต่ละตัว มีความสัมพันธ์กัน) เนื่องจากการกระตุ้นแบบรวมกลุ่มมักเชื่อมโยงกันด้วยการเปลี่ยนผ่านควอดรูโพลไฟฟ้า^{[ 10 ]}

ในระหว่างปฏิกิริยาการถ่ายโอน นิวคลีออนหนึ่งตัว (หรือมากกว่า) จะถูกแลกเปลี่ยนระหว่างนิวเคลียสเป้าหมายและโปรเจคไทล์ส่งผลให้นิวเคลียสสถานะสุดท้ายแตกต่างกัน^{[ 11 ]}การวัดมุมการปล่อยและพลังงานเพื่อใช้ใน การคำนวณ จลนศาสตร์ แบบสองอนุภาค สามารถให้พลังงานกระตุ้นของสถานะที่มีประชากรในนิวเคลียสสถานะสุดท้ายได้ นอกจากนี้ การกระจายเชิงมุมที่วัดได้จะถูกนำมาเปรียบเทียบกับทฤษฎีเพื่ออนุมานโมเมนตัมเชิงมุม วงโคจรที่ถ่ายโอน ในปฏิกิริยา สำหรับการถ่ายโอนนิวคลีออนเดี่ยว สิ่งนี้บ่งชี้ถึงวงโคจรที่นิวคลีออนถูกถ่ายโอนเข้าไป การศึกษาปฏิกิริยาการถ่ายโอนมีประโยชน์ในฟิสิกส์ดาราศาสตร์ นิวเคลียร์ เนื่องจากเป็นการจำลองวิวัฒนาการของดาวฤกษ์และสามารถทดสอบแบบจำลองทางทฤษฎีได้^{[ 12 ]}

ชุดตรวจจับ Miniball ประกอบด้วยผลึกเจอร์ มาเนียมบริสุทธิ์สูง 24 ชิ้น ซึ่งมีส่วนหน้าเรียว^{[ 8 ]}แตกต่างจากตัวตรวจจับอื่นๆ ที่พัฒนาขึ้นในช่วงเวลาเดียวกัน (เช่น EUROBALL) โดยมีการแบ่งส่วนออกเป็นหกส่วน โดยแต่ละส่วนเชื่อมต่อกับพรีแอมพลิฟายเออร์แยก ต่างหาก ^{[ 13 ]}ผลึกเหล่านี้ถูกปิดผนึกในกระป๋องอะลูมิเนียมทำให้สามารถเข้าถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ที่เย็นได้ โดยไม่ต้องใช้ห้องปลอดเชื้อเนื่องจากพื้นผิวที่เปราะบางของผลึกเจอร์มาเนียมได้รับการปกป้องโดยกระป๋อง^{[ 6 ] [ 5 ]}

ผลึกที่ถูกห่อหุ้มจะถูกแบ่งเป็นหกส่วนและบรรจุอยู่ในไครโอสแตทซึ่งทำให้สามารถลดอุณหภูมิของผลึกโดยใช้ไนโตรเจนเหลวได้ ไครโอสแตทแต่ละตัวจะใช้ร่วมกันโดยแคปซูลสามแคปซูล ซึ่งติดตั้งอยู่ในห้องสุญญากาศ ทั่วไป ที่เชื่อมต่อกับดิวาร์ ตัวเดียว ขึ้นอยู่กับขนาดของห้องปฏิกิริยาที่วางอยู่ตรงกลางของอาร์เรย์ กลุ่มคลัสเตอร์สามารถจัดเรียงได้หลายรูปแบบเพื่อให้ครอบคลุมมุมของแข็ง ได้อย่างเหมาะสมที่สุด ^{[ 14 ]}ซึ่งทำได้โดยการติดตั้งไครโอสแตทบนแขนหมุนครึ่งวงกลมที่มีความสามารถในการเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องไปตามแขน^{[ 5 ]}

ชุดอุปกรณ์ T-REX (Transfer at REX) ออกแบบมาเพื่อวัดปฏิกิริยาการถ่ายโอนที่ตัวตรวจจับ Miniball ชุดอุปกรณ์ประกอบด้วยกระบอกซิลิคอนที่มีตัวตรวจจับ CD ด้านหน้าและด้านหลัง ครอบคลุมมุมตัน 66% ของ 4π T-REX วัดการกระจายเชิงมุมของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาแสง^{[ 11 ]}

มินิบอลใช้ การประมวลผลพัลส์ ดิจิทัลโดยใช้อัลกอริธึมตัวกรองดิจิทัลแบบเรียลไทม์เพื่อสร้างผลลัพธ์สำหรับพลังงานและเวลา ระบบ การได้มาและการวิเคราะห์ข้อมูลประกอบด้วยระบบส่วนหน้าสำหรับการอ่านและส่งข้อมูล และระบบส่วนหลังสำหรับการควบคุมและการวิเคราะห์ข้อมูล^{[ 1 ]}

ผลการทดลองมินิบอลที่ ISOLDE ได้รับการจัดอันดับอยู่ในรายชื่อ"10 อันดับความก้าวหน้าทางฟิสิกส์" ประจำปี 2013 ของสถาบันฟิสิกส์ (IoP) ^{[ 15 ]}การวิจัยพบหลักฐานว่านิวเคลียสหนัก เช่น เรเดียม-224 มีรูปร่างคล้ายลูกแพร์ที่แข็งแรง^{[ 16 ]}ความก้าวหน้านี้ยังได้รับการนำเสนอเป็นภาพหน้าปกของวารสาร Nature ฉบับหนึ่งในปี 2013 อีกด้วย^{[ 17 ]}

เทคนิคการทดลองหลักที่ใช้กับ Miniball คือ การกระตุ้นคูลอมบ์พลังงานต่ำการใช้เทคนิคนี้ทำให้สามารถกำหนดอัตราการเปลี่ยนผ่านทางแม่เหล็กไฟฟ้าในนิวเคลียสกัมมันตรังสีหลายชนิดได้^{[ 18 ]}เทคนิคปฏิกิริยาการถ่ายโอนยังใช้ในการทดลอง Miniball ด้วย^{[ 11 ]}ตัวอย่างเช่น ในการทดลองปฏิกิริยาการถ่ายโอนครั้งแรกๆ ที่ดำเนินการกับ Miniball ได้มีการระบุสถานะกระตุ้นของสปิน-พาริตี 0+ ^{ที่มี}รูปร่างทรงกลมในนิวเคลียส 32Mg " เกาะ^แห่งการผกผัน " ^[ 19 ^{] [ 6 ]}

• ดูรายละเอียดมินิบอลได้ที่เว็บไซต์ ISOLDE
• เว็บไซต์มินิบอล