Knust atomkerner: afsløring af deres mystiske former
Knust atomkerner: afsløring af deres mystiske former
Fysikere har opdaget en ny metode til undersøgelse af formen af atomkerner ved at ødelægge dem i kollisioner med høj energi. Denne metode kan hjælpe forskere med bedre at forstå formerne for kerner, som for eksempel påvirker uddannelsesgraden for elementer i stjerner og hjælper med at bestemme, hvilke materialer der er bedst egnet som nukleare brændstof.
"Formen på kernerne påvirker næsten alle aspekter af atomkernen og nukleare processer," siger Jie Meng, en nuklear fysiker ved Beijing University i Beijing. Den nye billeddannelsesmetode, der blev offentliggjort den 6. november i Nature Journal, repræsenterer "en vigtig og spændende fremgang", siger Meng.
Et team ved den relativistiske Heavy Ion Collider (RHIC) i Brookhaven National Laboratory i Upton, New York, efterlod to stråler af uran-238-og senere to stråler af guld-med ekstreme energier. De mødte "så voldsomt, at vi praktisk talt smeltede kererne i en suppe," siger co -forfatter Jiangyong Jia, en fysiker ved Stony Brook University i New York.
Det varme plasma, der blev genereret af kollisionerne, udvidede sig meget hurtigt under pres, hvorved dette var forbundet til den oprindelige form af kernerne. Med en detektor ved navn Solenoidal Tracker hos RHIC eller STAR, der registrerede impulsen fra flere tusinde partikler, der blev genereret af begge typer kollisioner og sammenlignede resultaterne med modeller, var teamet i stand til at "vende uret tilbage for at udlede formen på kerne, forklarer Jia.
skjulte figurer
En atomkerne består af protoner og neutroner, der optager energiniveauer som elektroner. Generelt indtager partiklerne en form, der minimerer systemets energi. I lighed med en dråbe vand kan kernen tage forskellige former, herunder en pære, amerikansk fodbold eller jordnøddeskal. Formen på en kerne er "meget vanskelig at forudsige," siger Jia. Du kan også varierer.
Tidligere eksperimenter til undersøgelse af formen bestod af distraherende lav -energiioner fra kernerne. Denne metode kaldte Coulomb-forslagstimulerer frøene, og den stråling, du udsender, mens du falder tilbage til din grundlæggende tilstand, afslører aspekter af din form. Da tidspunktet er relativt lang, kan denne type billeddannelse kun vise en lang -term -optagelse, der viser gennemsnittet af alle formsvingninger.
I modsætning hertil giver metoden med høj energikollision et øjeblikkeligt billede af kernerne under påvirkningen. Det er en mere direkte metode, der gør dig bedre egnet til at undersøge eksotiske former, siger Jia.Teknologien bekræftede, at guld havde en næsten sfærisk form, der var konsistent fra det ene billede til det næste. I modsætning hertil ændrede uranformen i snapshots, når kernerne kolliderede i forskellige orienteringer. Dette gjorde det muligt for forskerne at beregne de relative længder af urankernen i tre dimensioner, hvilket indikerer, at uran ikke kun er strakt, men også lidt komprimeret i en dimension, svarende til en deflateret amerikansk fodbold.
"Det er fascinerende, at det fungerede", og at andre nukleare processer ikke påvirkede emissionen af partiklerne og deformationen, Magdalena Zielińska, en nuklear fysiker af det franske agentur for alternative energier og atomenergi nær Paris.
Hård eller blød?
Denne type billeddannelse kan hjælpe med at styre den udfordrende opgave, at skelne mellem kerner, der er 'stive', det vil sige, har godt definerede former og 'bløde', der svinger, siger Zielińska.
Jia siger, at hans team også ønsker at bruge metoden til at undersøge forskellene mellem lysioner som ilt og neon. Oxygenkerne er næsten sfæriske, mens neonfrø - som også bærer to protoner og to neutroner - er bøjede. Sammenligningen af deres former ville gøre det muligt for forskere at forstå, hvordan protoner og neutronklynger dannes i kernerne, ifølge JIA.
Oplysninger om formularen kan også vise, om det er sandsynligt, at kerner interagerer med hinanden eller går gennem en nuklear afdeling og kan øge sandsynligheden kaldet Neutrino-LOS at opdage, som kunne hjælpe med at løse et par langvarige gåder i fysik. Cirka 99,9% af det synlige stof er i midten af atomerne, siger Jia. "At forstå den nukleare byggesten er praktisk talt hjertet i at forstå, hvem vi er."
- >>
Star Collaboration Nature https://doi.org/10.1038/s41586-08097-2 (2024).