Suche
Mein Konto
Särkyneet atomi -ytimet: paljastavat heidän salaperäiset muodot
Fyysikot käyttävät korkean energian törmäyksiä atomien ytimien muotojen tutkimiseen, mikä voisi mullistaa kemiallisten prosessien ymmärtämisen.
Särkyneet atomi -ytimet: paljastavat heidän salaperäiset muodot
Fyysikot ovat löytäneet uuden tavan tutkia atomien ytimien muotoa - tuhoamalla ne korkean energian törmäyksissä. Tämä menetelmä voisi auttaa tutkijoita ymmärtämään paremmin ytimien muotoja, mikä vaikuttaa esimerkiksi tähtien elementtien muodostumisnopeuteen ja auttaa määrittämään, mitkä materiaalit sopivat parhaiten ydinpolttoaineeksi.
"Ytimien muoto vaikuttaa melkein kaikkiin atomien ytimen ja ydinprosessien näkökohtiin", sanoo Pekingin Pekingin yliopiston ydinfyysikko Jie Meng. Uusi kuvantamismenetelmä, joka on julkaistu 6. marraskuuta Nature -lehdessä, edustaa "tärkeätä ja jännittävää etenemistä", Meng sanoi.
Brookhavenin kansallisessa laboratoriossa, Uptonissa, New Yorkissa, Relativistisen raskaan ionin colliderin (RHIC) joukkue törmäsi kahteen uraani-238-palkkiin-ja myöhemmin kaksi kullan sädettä-äärimmäisissä energioissa. He törmäsivät "niin väkivaltaisesti, että sulatimme ytimet pohjimmiltaan keittoon", sanoo New Yorkin Stony Brook -yliopiston fyysikko Jiangyong Jia.
Törmäysten luominen kuuma plasma laajeni erittäin nopeasti paineessa, ja tämä liittyi ytimien alkuperäiseen muotoon. Käyttämällä RHIC: n tai tähden Solenoidal Tracker -nimistä ilmaisinta, joka havaitsi useiden tuhansien hiukkasten vauhdin, jonka molemmat tyyppiset törmäystyypit ja vastasi tuloksia malleilla, ryhmä pystyi "kääntämään kellon päättämään ytimen muodon", Jia selittää.
Piilotetut luvut
Atomi -ydin koostuu protoneista ja neutroneista, jotka käyttävät energiatasoja kuin elektronit. Yleensä hiukkaset ottavat muodon, joka minimoi järjestelmän energian. Samoin kuin vesipisara, ydin voi ottaa erilaisia muotoja, mukaan lukien päärynä, amerikkalainen jalkapallo tai maapähkinäkuori. Ytimen muoto on ”erittäin vaikea ennustaa teoreettisesti”, Jia sanoo. Hän voi myös ajan myötä kvanttivaihtelujen vuoksi vaihdella.
Aikaisemmat kokeet muodon tutkimiseksi sisälsi pienen energian ionien taipumisen ytimistä. Tämä menetelmä - nimeltään coulomb -viritys - herättää ytimet ja säteilyn, jonka he säteilevät, kun ne putoavat takaisin maatilaansa, paljastaa heidän muodonsa näkökohdat. Koska aikataulu on suhteellisen pitkä, tämäntyyppinen kuvantaminen voi näyttää vain pitkäaikaisen kuvan, joka näyttää kaikkien muodon vaihteluiden keskiarvon.
Sitä vastoin korkean energian törmäysmenetelmä tarjoaa hetkellisen kuvan ytimistä iskun aikana. Se on suorempi menetelmä, mikä tekee siitä sopivamman eksoottisten muotojen tutkimiseen, Jia sanoo.
Tekniikka vahvisti, että kullalla oli melkein pallomainen muoto, joka oli yhdenmukainen kuvasta toiseen. Sitä vastoin uraanin muoto muuttui tilannekuvissa, kun ytimet törmäsivät eri suuntauksiin. Tämä antoi tutkijoille mahdollisuuden laskea uraanin ytimen suhteelliset pituudet kolmessa ulottuvuudessa, mikä viittaa siihen, että uraani ei ole vain venytetty, vaan myös hiukan pakattu yhdessä ulottuvuudessa, samanlainen kuin tyhjennetty amerikkalainen jalkapallo.
"On kiehtovaa, että se toimi" ja että muut ydinprosessit eivät vaikuttaneet hiukkasten päästöihin ja peittämään muodonmuutoksen, sanoo Pariisin lähellä sijaitsevan ranskalaisen vaihtoehtoisten energioiden ja atomienergian viraston ydinfyysikko Magdalena Zielińska.
Kova vai pehmeä?
Tämäntyyppinen kuvantaminen voisi auttaa käsittelemään haastavaa tehtävää erottaa "jäykät" ytimet, mikä tarkoittaa, että heillä on hyvin määriteltyjä muotoja, ja 'pehmeät', jotka vaihtelevat, Zielińska sanoo.
Jia sanoo, että hänen tiiminsä haluaa myös käyttää menetelmää tutkiakseen eroja valoa ionien, kuten hapen ja neonin välillä. Hapen ytimet ovat melkein pallomaisia, kun taas neonydin - joilla on kaksi ylimääräistä protonia ja kaksi neutronia - katsotaan taipuneiksi. Muotojen vertaaminen antaisi tutkijoille ymmärtää, kuinka protonit ja neutronit muodostavat ytimissä klustereita, Jia sanoi.
Tiedot muodosta voivat myös paljastaa, ovatko ytimet todennäköisesti vuorovaikutuksessa keskenään vai läpikäyvätkö ydinfissioreaktiot, ja voivat lisätä nimeltään prosessin todennäköisyyttä neutriino -ton kaksinkertainen β-β selvittää, mikä voi auttaa ratkaisemaan joitain pitkäaikaisia mysteerejä fysiikassa. Noin 99,9% näkyvästä aineesta on atomien keskustassa, Jia sanoo. "Ydinrakennuspalikan ymmärtäminen on käytännössä ymmärtämään, kuka olemme."
-
Tähtiyhteistyön luonto https://doi.org/10.1038/S41586-024-08097-2 (2024).