Suche
Mein Konto
Purustatud aatomituumad: paljastavad nende salapärase kuju
Füüsikud kasutavad aatomituumade kuju uurimiseks suure energiaga kokkupõrkeid, mis võivad muuta keemiliste protsesside mõistmise pöördeliseks.
Purustatud aatomituumad: paljastavad nende salapärase kuju
Füüsikud on avastanud uue viisi aatomituumade kuju uurimiseks – hävitades need suure energiaga kokkupõrgetes. See meetod võib aidata teadlastel paremini mõista tuumade kuju, mis mõjutab näiteks elementide moodustumise kiirust tähtedes ja aitab kindlaks teha, millised materjalid sobivad kõige paremini tuumkütuseks.
"Tuumade kuju mõjutab peaaegu kõiki aatomituuma ja tuumaprotsesside aspekte," ütleb Pekingi Pekingi ülikooli tuumafüüsik Jie Meng. Uus pildistamismeetod, mis avaldati 6. novembril ajakirjas Nature, kujutab endast "olulist ja põnevat edasiminekut", ütles Meng.
New Yorgi osariigis Uptonis asuva Brookhaveni riikliku labori Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) meeskond põrkas kokku kaks uraan-238 kiirt ja hiljem kaks kullakiirt äärmuslikul energial. Nad põrkasid kokku "nii ägedalt, et põhimõtteliselt sulatasime tuumad supiks," ütleb kaasautor Jiangyong Jia, New Yorgi Stony Brooki ülikooli füüsik.
Kokkupõrgetest tekkinud kuum plasma laienes rõhu all väga kiiresti ja see oli seotud tuumade esialgse kujuga. Kasutades detektorit nimega Solenoidal Tracker at RHIC ehk STAR, mis tuvastas mõlemat tüüpi kokkupõrgete tekitatud mitme tuhande osakese impulsi ja sobitas tulemused mudelitega, suutis meeskond "keerake kella tagasi, et järeldada tuumade kuju," selgitab Jia.
Varjatud figuurid
Aatomituum koosneb prootonitest ja neutronitest, mis hõivavad energiatasemeid nagu elektronid. Üldiselt omandavad osakesed sellise kuju, mis minimeerib süsteemi energiat. Sarnaselt veetilgale võib südamik võtta erineva kuju, sealhulgas pirni, ameerika jalgpalli või maapähklikoore kuju. Tuuma kuju on teoreetiliselt väga raske ennustada, ütleb Jia. Ta saab ka aja jooksul kvantkõikumiste tõttu varieeruda.
Varasemad katsed kuju uurimiseks hõlmasid madala energiaga ioonide tuumadest eemale suunamist. See meetod, mida nimetatakse Coulombi ergastamiseks, ergastab tuumad ja kiirgus, mida nad kiirgavad, kui nad oma põhiolekusse tagasi langevad, paljastavad nende kuju aspektid. Kuna ajaskaala on suhteliselt pikk, suudab seda tüüpi pildistamine kuvada ainult pikaajalist pilti, mis näitab kõigi kuju kõikumiste keskmist.
Seevastu suure energiaga kokkupõrke meetod annab tuumadest hetkelise pildi löögi ajal. See on otsesem meetod, mis muudab selle sobivamaks eksootiliste kujundite uurimiseks, ütleb Jia.
Tehnika kinnitas, et kullal oli peaaegu sfääriline kuju, mis oli ühest pildist teise ühtlane. Seevastu muutus uraani kuju hetktõmmistes, kui tuumad põrkasid kokku erinevates suundades. See võimaldas teadlastel arvutada uraani tuuma suhtelised pikkused kolmes mõõtmes, mis viitab sellele, et uraan ei ole mitte ainult venitatud, vaid ka veidi kokkusurutud ühes dimensioonis, sarnaselt tühjendatud Ameerika jalgpalliga.
"On põnev, et see töötas" ja et teised tuumaprotsessid ei mõjutanud osakeste emissiooni ega varjanud deformatsiooni, ütleb Pariisi lähedal asuva Prantsuse alternatiivenergia ja aatomienergia agentuuri tuumafüüsik Magdalena Zielińska.
Kas kõva või pehme?
Zielińska ütleb, et seda tüüpi pildistamine võib aidata lahendada keerulist ülesannet eristada tuumasid, mis on "jäigad", mis tähendab, et neil on täpselt määratletud kuju, ja "pehmed" tuumad, mis kõikuvad.
Jia ütleb, et tema meeskond soovib seda meetodit kasutada ka kergete ioonide, nagu hapnik ja neoon, erinevuste uurimiseks. Hapniku tuumad on peaaegu sfäärilised, samas kui neoontuumad, mis kannavad täiendavalt kahte prootonit ja kahte neutronit, loetakse välja painutatuteks. Nende kujude võrdlemine võimaldaks teadlastel mõista, kuidas prootonid ja neutronid moodustavad tuumades klastreid, ütles Jia.
Teave kuju kohta võib paljastada ka selle, kas tuumad interakteeruvad tõenäoliselt üksteisega või läbivad tuuma lõhustumisreaktsiooni, ning võib suurendada protsessi, nn. neutriinovaba kahekordne β-lagunemine et avastada, mis võib aidata lahendada mõnda pikaajalist füüsika mõistatust. Jia ütleb, et umbes 99,9% nähtavast ainest on aatomite keskmes. "Tuumaehitusploki mõistmine on meie mõistmise keskmes."
-
STAR Collaboration Nature https://doi.org/10.1038/s41586-024-08097-2 (2024).