Saplīsuši atomu kodoli: atklāj to noslēpumainās formas

Saplīsuši atomu kodoli: atklāj to noslēpumainās formas

Fiziķi atklājuši jaunu veidu, kā pētīt atomu kodolu formu – iznīcinot tos lielas enerģijas sadursmēs. Šī metode varētu palīdzēt zinātniekiem labāk izprast kodolu formas, kas ietekmē, piemēram, elementu veidošanās ātrumu zvaigznēs un palīdz noteikt, kuri materiāli ir vispiemērotākie kā kodoldegviela.

"Kodolu forma ietekmē gandrīz visus atomu kodola un kodolprocesu aspektus," saka Pekinas universitātes kodolfiziķis Dzje Mens. Jaunā attēlveidošanas metode, kas publicēta 6. novembrī žurnālā Nature, ir "svarīgs un aizraujošs progress", sacīja Mengs.

Relativistiskā smago jonu paātrinātāja (RHIC) komanda Brūkhavenas Nacionālajā laboratorijā Aptonā, Ņujorkā, saskārās ar diviem urāna-238 stariem un vēlāk diviem zelta stariem pie ārkārtējas enerģijas. Viņi sadūrās "tik vardarbīgi, ka mēs pamatā izkausējām kodolus zupā", saka līdzautors Dzjandjons Dzja, fiziķis Stony Brook universitātes Ņujorkā.

Sadursmju radītā karstā plazma zem spiediena ļoti strauji paplašinājās, un tas bija saistīts ar sākotnējo kodolu formu. Izmantojot detektoru, ko sauc par solenoidālo izsekotāju RHIC jeb STAR, kas atklāja vairāku tūkstošu daļiņu impulsu, ko radīja abu veidu sadursmes, un saskaņoja rezultātus ar modeļiem, komanda varēja "pagriezt pulksteni atpakaļ, lai secinātu kodolu formu", skaidro Jia.

Slēptās figūras

Atomu kodols sastāv no protoniem un neitroniem, kas aizņem tādus enerģijas līmeņus kā elektroni. Kopumā daļiņas iegūst formu, kas samazina sistēmas enerģiju. Līdzīgi kā ūdens pilei, kodols var iegūt dažādas formas, tostarp bumbieru, amerikāņu futbola vai zemesriekstu čaumalas formu. Kodola formu ir "teorētiski ļoti grūti paredzēt", saka Jia. Viņa arī var laika gaitā kvantu svārstību dēļ variēt.

Iepriekšējie eksperimenti, lai izpētītu formu, ietvēra zemas enerģijas jonu novirzīšanu prom no kodoliem. Šī metode, ko sauc par Kulona ierosmi, ierosina kodolus, un starojums, ko tie izstaro, kad tie atgriežas sākotnējā stāvoklī, atklāj to formas aspektus. Tā kā laika skala ir salīdzinoši gara, šāda veida attēlveidošana var parādīt tikai ilgtermiņa attēlu, kas parāda visu formu svārstību vidējo vērtību.

Turpretim augstas enerģijas sadursmes metode nodrošina momentānu kodolu attēlu trieciena laikā. Tā ir tiešāka metode, padarot to piemērotāku eksotisku formu pētīšanai, saka Jia.

Metode apstiprināja, ka zeltam bija gandrīz sfēriska forma, kas bija konsekventa no viena attēla uz otru. Turpretim urāna forma momentuzņēmumos mainījās, jo kodoli sadūrās dažādās orientācijās. Tas ļāva pētniekiem aprēķināt urāna kodola relatīvos garumus trīs dimensijās, kas liecina, ka urāns ir ne tikai izstiepts, bet arī nedaudz saspiests vienā dimensijā, līdzīgi kā deflēts amerikāņu futbols.

"Tas ir aizraujoši, ka tas darbojās" un ka citi kodolprocesi neietekmēja daļiņu emisiju un neslēpj deformāciju, saka Magdalēna Zieliņska, Francijas Alternatīvo enerģiju un atomenerģijas aģentūras kodolfiziķe netālu no Parīzes.

Ciets vai mīksts?

Zielińska saka, ka šāda veida attēlveidošana varētu palīdzēt atrisināt sarežģīto uzdevumu, proti, atšķirt kodolus, kas ir “stingri”, kas nozīmē, ka tiem ir skaidri noteiktas formas, no “mīkstajiem”, kas svārstās.

Jia saka, ka viņa komanda arī vēlas izmantot šo metodi, lai izpētītu atšķirības starp gaismas joniem, piemēram, skābekli un neonu. Skābekļa kodoli ir gandrīz sfēriski, savukārt neona kodoli, kas satur papildu divus protonus un divus neitronus, tiek uzskatīti par izliektiem. To formu salīdzināšana ļautu pētniekiem saprast, kā protoni un neitroni veido kopas kodolos, sacīja Jia.

Informācija par formu var arī atklāt, vai kodoli, iespējams, mijiedarbojas viens ar otru vai tiks pakļauti kodoldalīšanās reakcijai, un var palielināt iespējamību, ka notiks process, ko sauc par dubultā bez neitrīno β-sabrukšana lai atklātu, kas varētu palīdzēt atrisināt dažus senus fizikas noslēpumus. Apmēram 99,9% redzamās vielas atrodas atomu centrā, saka Jia. "Izpratne par kodolenerģijas bloku faktiski ir galvenais, lai saprastu, kas mēs esam."

1. STAR Collaboration Nature https://doi.org/10.1038/s41586-024-08097-2 (2024).

   Raksts
   
   Google Scholar

Lejupielādēt citātus