Разрушени атомни ядра: разкриване на техните мистериозни форми

Разрушени атомни ядра: разкриване на техните мистериозни форми

Физиците са открили нов начин да изучат формата на атомните ядра - като ги унищожават при високоенергийни сблъсъци. Този метод би могъл да помогне на учените по -добре да разберат формите на ядрата, които влияят например, скоростта на образуване на елементи в звездите и помага да се определи кои материали са най -подходящи като ядрено гориво.

„Формата на ядрата влияе на почти всички аспекти на атомното ядро ​​и ядрените процеси“, казва Джи Менг, ядрен физик в Пекинския университет в Пекин. Новият метод за изображения, публикуван на 6 ноември в списанието Nature, представлява "важен и вълнуващ напредък", каза Менг.

Екип в релативисткия тежки йонни сблъсъка (RIC) в Националната лаборатория в Брукхейвън в Ъптън, Ню Йорк, се сблъска с два греда на уран-238-а по-късно два греда злато-с крайни енергии. Те се сблъскаха „толкова насилствено, че по принцип разтопихме ядрата в супа“, казва съавторът Jiangyong Jia, физик от университета Stony Brook в Ню Йорк.

Горещата плазма, създадена от сблъсъците, се разшири много бързо под налягане и това беше свързано с първоначалната форма на ядрата. Използвайки детектор, наречен соленоидален тракер в RIC или Star, който открива инерцията на няколко хиляди частици, произведени от двата вида сблъсъци и съответства на резултатите с моделите, екипът успя да „върне часовника, за да заключи формата на ядрата“, обяснява Джия.

Скрити фигури

Атомното ядро ​​се състои от протони и неутрони, които заемат нива на енергия като електрони. Като цяло частиците придобиват форма, която свежда до минимум енергията на системата. Подобно на капка вода, ядрото може да придобие различни форми, включително тази на круша, американски футбол или фъстъчено черупка. Формата на ядрото е „много трудно да се предвиди теоретично“, казва Джиа. Тя също може С течение на времето поради квантовите колебания варират.

Предишни експерименти за изследване на формата включва отклоняване на нискоенергийните йони далеч от ядрата. Този метод - наречен Coulomb Excitation - вълнува ядрата, а радиацията, която излъчват, когато се връщат към основното си състояние, разкрива аспекти на тяхната форма. Тъй като времевата скала е сравнително дълга, този тип изображения могат да показват само дългосрочно изображение, което показва средната стойност на всички колебания на формата.

За разлика от това, методът на сблъсък с високоенергията осигурява мигновено изображение на ядрата по време на удара. Това е по -директен метод, което го прави по -подходящ за изучаване на екзотични форми, казва Джиа.

Техниката потвърди, че златото има почти сферична форма, която е последователна от едно изображение до друго. За разлика от тях, формата на уран се променя в снимките, тъй като ядрата се сблъскаха в различни ориентации. Това позволи на изследователите да изчислят относителната дължина на ядрото на уран в три измерения, което предполага, че уранът е не само опънат, но и леко компресиран в едно измерение, подобно на издут американски футбол.

"Увлекателно е, че работи" и че другите ядрени процеси не са повлияли на излъчването на частиците и маскират деформацията, казва Магдалена Зиелиня, ядрен физик във френската агенция за алтернативни енергии и атомна енергия в близост до Париж.

Твърд или мек?

Този тип изображения биха могли да помогнат за справяне с предизвикателната задача за разграничаване между ядра, които са „твърди“, което означава, че те имат добре дефинирани форми, и „меки“, които се колебаят, казва Зиелински.

Джия казва, че неговият екип също иска да използва метода за изследване на разликите между светлинните йони като кислород и неони. Кислородните ядра са почти сферични, докато неоновите ядра - които носят допълнителни два протона и два неутрона - се считат за огънати. Сравняването на техните форми би позволило на изследователите да разберат как протоните и неутроните образуват клъстери в ядрата, каза Джиа.

Информацията за формата също може да разкрие дали е вероятно ядрата да си взаимодействат помежду си или да претърпят реакция на ядрено делене и могат да увеличат вероятността от процес, наречен Неутрино двойно β-разплащане За да откриете какво може да помогне за решаването на някои дългогодишни мистерии във физиката. Около 99,9% от видимата материя е в центъра на атомите, казва Джиа. „Разбирането на ядрения градивен елемент е на практика в основата на разбирането кои сме.“

1. Star Collaboration Nature https://doi.org/10.1038/S41586-024-08097-2 (2024).

   Статия
   
   Google Учен

Изтеглете цитати