Knuste atomkjerner: Avduking av deres mystiske former

Veröffentlicht:

Von:

Physiker nutzen Hochenergie-Kollisionen zur Untersuchung der Formen atomarer Kerne, was das Verständnis chemischer Prozesse revolutionieren könnte.
Fysikere bruker kollisjoner med høy energi for å undersøke formene for kjernefysiske kjerner, noe som kan revolusjonere forståelsen av kjemiske prosesser. (Symbolbild/natur.wiki)

Fysikere har oppdaget en ny metode for å undersøke formen for atomkjerner ved å ødelegge dem i kollisjoner med høy energi. Denne metoden kan hjelpe forskere til å bedre forstå formene for kjerner, som for eksempel påvirker utdanningshastigheten til elementer i stjerner og hjelper til med å bestemme hvilke materialer som er best egnet som atombrensel.

"Formen på kjernene påvirker nesten alle aspekter av atomkjernen og kjernefysiske prosesser," sier Jie Meng, en atomfysiker ved Beijing University i Beijing. Den nye avbildningsmetoden publisert 6. november i Nature Journal representerer "en viktig og spennende fremgang", sier Meng.

Et team på det relative Heavy Ion Collider (RHIC) i Brookhaven National Laboratory i Upton, New York, etterlot to stråler uran-238-og senere to stråler av gull-med ekstreme energier. De møtte "så voldsomt at vi praktisk talt smeltet kjernene i en suppe," sier medforfatter Jiangyong Jia, fysiker ved Stony Brook University i New York.

Det varme plasmaet som ble generert av kollisjonene utvidet seg veldig raskt under trykk, hvorved dette ble koblet til den første formen for kjernene. Med en detektor som heter Solenoidal Tracker ved RHIC eller Star, som registrerte impulsen til flere tusen partikler som ble generert av begge typer kollisjoner og sammenlignet resultatene med modeller, forklarer teamet Jia.

skjulte figurer

En atomkjerne består av protoner og nøytroner som opptar energinivået som elektroner. Generelt sett tar partiklene på seg en form som minimerer systemets energi. I likhet med en dråpe vann, kan kjernen ta forskjellige former, inkludert en pære, amerikansk fotball- eller peanøttskall. Formen på en kjerne er "veldig vanskelig å forutsi," sier Jia. Du kan også

Tidligere eksperimenter for å forske på formen besto av distraherende lav -energiioner fra kjernene. Denne metodekalte Coulomb-forslagsstimulerer frøene, og strålingen du avgir mens du faller tilbake til din grunnleggende tilstand avslører aspekter av formen din. Siden tidstiltaket er relativt langt, kan denne typen avbildninger bare vise en langvarig registrering som viser gjennomsnittet av alle formsvingninger.

I kontrast til dette gir metoden med høy energi et øyeblikkelig bilde av kjernene under påvirkningen. Det er en mer direkte metode som gjør deg bedre egnet til å undersøke eksotiske former, sier Jia.

Teknologien bekreftet at gull hadde en nesten sfærisk form som var konsistent fra det ene bildet til det neste. I kontrast endret uranformen i øyeblikksbildene seg da kjernene kolliderte i forskjellige orienteringer. Dette gjorde det mulig for forskerne å beregne de relative lengdene på urankjernen i tre dimensjoner, noe som indikerer at uran ikke bare er strukket, men også litt komprimert i en dimensjon, lik en tappet amerikansk fotball.

"Det er fascinerende at det fungerte" og at andre kjernefysiske prosesser ikke påvirket utslippet av partiklene og deformasjonen, Magdalena Zielińska, en kjernefysiker av det franske byrået for alternative energier og atomenergi nær Paris.

hardt eller myk?

Denne typen avbildninger kan bidra til å håndtere den utfordrende oppgaven, for å skille mellom kjerner som er 'stive', det vil si har godt definerte former og 'myke' som svinger, sier Zielińska.

Jia sier at teamet hans også ønsker å bruke metoden for å undersøke forskjellene mellom lysioner som oksygen og neon. Oksygenkjerne er nesten sfærisk, mens neonfrø - som også har to protoner og to nøytroner - er bøyd. Sammenligningen av formene deres vil gjøre det mulig for forskere å forstå hvordan protoner og nøytronklynger dannes i kjernene, ifølge Jia.

Information about the form can also show whether it is likely that nuclei interact with each other or go through a nuclear division and can increase the likelihood called Neutrino-los Å oppdage, som kan bidra til å løse noen få langvarige gåter i fysikken. Omtrent 99,9% av synlig materiale er i sentrum av atomene, sier Jia. "Å forstå den kjernefysiske byggesteinen er praktisk talt hjertet av å forstå hvem vi er."

  1. Star Collaboration Nature https://doi.org/10.1038/S41586-08097-2 (2024).

    Artikkel
    Google Scholar Reference" data-track-value = "Google Scholar Reference" Data-Track-Label = "Link" Data-Track-Item_ID = "Nofollow NoOpener" Aria label = "Google Scholar Reference 1" href = "http://scholar.google.com/scholar_lookup?&title=&journ=nature&doi=10.1038%2FS41586-08097-2&publication_year=2024&author=null%2Collaboration">
    Google Scholar