Suche
Mein Konto
Sudužę atomų branduoliai: atskleidžia jų paslaptingas formas
Fizikai naudoja didelės energijos susidūrimus, kad ištirtų atominių branduolių formas, o tai gali pakeisti cheminių procesų supratimą.
Sudužę atomų branduoliai: atskleidžia jų paslaptingas formas
Fizikai atrado naują būdą ištirti atomų branduolių formą – sunaikindami juos didelės energijos susidūrimų metu. Šis metodas galėtų padėti mokslininkams geriau suprasti branduolių formas, kurios turi įtakos, pavyzdžiui, elementų susidarymo greičiui žvaigždėse ir padeda nustatyti, kurios medžiagos geriausiai tinka kaip branduolinis kuras.
„Branduolių forma įtakoja beveik visus atomo branduolio ir branduolinių procesų aspektus“, – sako Pekino universiteto branduolio fizikas Jie Mengas. Naujasis vaizdo gavimo metodas, paskelbtas lapkričio 6 d. žurnale „Nature“, yra „svarbus ir jaudinantis pažanga“, - sakė Mengas.
Reliatyvistinio sunkiųjų jonų greitintuvo (RHIC) komanda Brukhaveno nacionalinėje laboratorijoje Uptone, Niujorke, susidūrė su dviem urano-238 pluoštais, o vėliau ir dviem aukso spinduliais, esant ekstremalioms energijoms. Jie susidūrė „taip smarkiai, kad iš esmės ištirpdėme branduolius į sriubą“, – sako bendraautorius Jiangyong Jia, Stony Brook universiteto Niujorke fizikas.
Susidūrimų metu sukurta karšta plazma labai greitai išsiplėtė veikiant slėgiui, ir tai buvo susieta su pradine branduolių forma. Naudodama detektorių, vadinamą Solenoidiniu sekikliu RHIC arba STAR, kuris aptiko kelių tūkstančių dalelių, susidariusių abiejų tipų susidūrimų metu, impulsą ir suderino rezultatus su modeliais, komanda sugebėjo „atsukti laikrodį, kad padarytų išvadą apie branduolių formą“, - aiškina Jia.
Paslėptos figūros
Atominis branduolys susideda iš protonų ir neutronų, kurie užima energijos lygius kaip elektronai. Apskritai dalelės įgauna tokią formą, kuri sumažina sistemos energiją. Panašiai kaip vandens lašas, šerdis gali būti įvairių formų, įskaitant kriaušės, amerikietiško futbolo ar žemės riešutų kevalų pavidalą. Branduolio formą „teoriškai labai sunku numatyti“, sako Jia. Ji taip pat gali laikui bėgant dėl kvantinių svyravimų skirtis.
Ankstesni eksperimentai, skirti ištirti formą, buvo susiję su mažos energijos jonų nukreipimu nuo branduolių. Šis metodas, vadinamas Kulono sužadinimu, sužadina branduolius, o spinduliuotė, kurią jie skleidžia, kai jie grįžta į pradinę būseną, atskleidžia jų formos aspektus. Kadangi laiko skalė yra gana ilga, tokio tipo vaizdavimas gali rodyti tik ilgalaikį vaizdą, kuriame rodomas visų formų svyravimų vidurkis.
Priešingai, didelės energijos susidūrimo metodas suteikia momentinį branduolių vaizdą smūgio metu. Tai labiau tiesioginis metodas, todėl jis labiau tinka egzotiškoms formoms tirti, sako Jia.
Technika patvirtino, kad auksas buvo beveik sferinės formos, kuri buvo vienoda nuo vieno vaizdo iki kito. Priešingai, urano forma momentinėse nuotraukose pasikeitė, kai branduoliai susidūrė skirtingomis kryptimis. Tai leido tyrėjams apskaičiuoti santykinius urano branduolio ilgius trimis matmenimis, o tai rodo, kad uranas yra ne tik ištemptas, bet ir šiek tiek suspaustas vienoje dimensijoje, panašiai kaip ištuštintas amerikietiškas futbolas.
„Įdomu, kad tai veikė“ ir kad kiti branduoliniai procesai neturėjo įtakos dalelių emisijai ir neslepia deformacijos“, – sako Magdalena Zielińska, Prancūzijos alternatyvios energijos ir atominės energijos agentūros netoli Paryžiaus branduolinės fizikė.
Kietas ar minkštas?
Šio tipo vaizdavimas galėtų padėti išspręsti sudėtingą užduotį – atskirti branduolius, kurie yra „standarti“, ty jie turi aiškiai apibrėžtą formą, ir „minkštus“, kurie svyruoja, sako Zielińska.
Jia sako, kad jo komanda taip pat nori naudoti šį metodą, kad ištirtų šviesos jonų, tokių kaip deguonis ir neonas, skirtumus. Deguonies branduoliai yra beveik sferiniai, o neoniniai branduoliai, kuriuose yra dar du protonai ir du neutronai, laikomi išlinkusiais. Palyginus jų formas, mokslininkai galėtų suprasti, kaip protonai ir neutronai formuoja grupes branduoliuose, sakė Jia.
Informacija apie formą taip pat gali atskleisti, ar branduoliai gali sąveikauti vienas su kitu ar įvykti branduolio dalijimosi reakcija, ir gali padidinti proceso, vadinamo dvigubas be neutrinų β-skilimas išsiaiškinti, kas galėtų padėti išspręsti kai kurias seniai slegiančias fizikos paslaptis. Jia sako, kad apie 99,9% matomos medžiagos yra atomų centre. „Branduolinio bloko supratimas iš esmės yra esminis dalykas norint suprasti, kas mes esame“.
-
STAR Collaboration Nature https://doi.org/10.1038/s41586-024-08097-2 (2024).