Razbita atomska jedra: razkrivanje njihovih skrivnostnih oblik

Razbita atomska jedra: razkrivanje njihovih skrivnostnih oblik

Fiziki so odkrili nov način za preučevanje oblike atomskih jeder - tako da so jih uničili v visokoenergetskih trkih. Ta metoda bi lahko znanstvenikom pomagala bolje razumeti oblike jeder, ki na primer vpliva na hitrost oblikovanja elementov v zvezdah in pomaga določiti, kateri materiali so najbolj primerni kot jedrsko gorivo.

"Oblika jeder vpliva na skoraj vse vidike atomskega jedra in jedrskih procesov," pravi Jie Meng, jedrski fizik z univerze Peking v Pekingu v Pekingu. Nova metoda slikanja, objavljena 6. novembra v reviji Nature, predstavlja "pomemben in vznemirljiv napredek", je dejal Meng.

Ekipa v relativističnem težkem ionskem trdniku (RHIC) v nacionalnem laboratoriju v Brookhavenu v Uptonu v New Yorku je v skrajni energiji trčila dva žarka urana-238-in pozneje dva zlatih zlatih zlatih. Trčili so "tako silovito, da smo jedra v bistvu stopili v juho," pravi soavtor Jiangyong Jia, fizik na univerzi Stony Brook v New Yorku.

Vroča plazma, ki jo je ustvaril trki, se je pod pritiskom zelo hitro razširila in ta je bila povezana z začetno obliko jeder. Z uporabo detektorja, imenovanega solenoidni sledilnik na Rhic ali Star, ki je zaznal zagon več tisoč delcev, ki jih proizvajata obe vrsti trkov, in rezultate ustreza z modeli, je ekipa uspela "vrniti uro, da bi sklepala na obliko jedra," pojasnjuje Jia.

Skrite številke

Atomsko jedro je sestavljeno iz protonov in nevtronov, ki zavzemajo raven energije, kot so elektroni. Na splošno delci prevzamejo obliko, ki zmanjša energijo sistema. Podobno kot kapljica vode lahko tudi jedro prevzame različne oblike, vključno s hruško, ameriškim nogometom ali arašidovim lupino. Oblika jedra je "zelo težko teoretično napovedati", pravi Jia. Lahko tudi ona sčasoma zaradi kvantnih nihanj spreminjajo se.

Prejšnji poskusi za raziskovanje oblike, ki so odvrnili nizkoenergijske ione stran od jeder. Ta metoda - imenovana kulomb vzbujanje - vzbudi jedra, sevanje, ki ga oddajajo, ko padejo nazaj v svoje osnovno stanje, razkriva vidike njihove oblike. Ker je časovna lestvica razmeroma dolga, lahko ta vrsta slikanja prikaže le dolgoročno sliko, ki prikazuje povprečje vseh nihanj oblike.

V nasprotju s tem visokoenergijska trčna metoda zagotavlja takojšnjo podobo jeder med udarcem. To je bolj neposredna metoda, zaradi česar je bolj primeren za študij eksotičnih oblik, pravi Jia.

Tehnika je potrdila, da ima zlato skoraj sferično obliko, ki je bila skladna od ene slike do druge. V nasprotju s tem se je oblika urana spremenila v posnetkih, ko so jedra trčila v različnih usmeritvah. To je raziskovalcem omogočilo izračun relativnih dolžin jedra urana v treh dimenzijah, kar kaže na to, da se uran ni samo raztegnjen, ampak tudi rahlo stisnjen v eni dimenziji, podobno kot deflirani ameriški nogomet.

"Fascinantno je, da je delovalo" in da drugi jedrski procesi niso vplivali na oddajanje delcev in prikrili deformacijo, pravi Magdalena Zielińska, jedrska fizika pri francoski agenciji za alternativne energije in atomsko energijo v bližini Pariza.

Trdo ali mehko?

Ta vrsta slikanja bi lahko pomagala pri reševanju zahtevne naloge razlikovanja med jedri, ki so "toge", kar pomeni, da imajo dobro opredeljene oblike, in "mehke", ki nihajo, pravi Zielińska.

Jia pravi, da želi tudi njegova ekipa uporabiti metodo za preučevanje razlik med svetlobnimi ioni, kot sta kisik in neonski. Jedra s kisikom so skoraj sferična, medtem ko se neonska jedra - ki nosijo dodatna dva protona in dva nevtrona - veljajo za upognjene. Primerjava njihovih oblik bi raziskovalcem omogočila razumevanje, kako protoni in nevtroni tvorijo grozde v jedrih, je dejal Jia.

Informacije o obliki lahko tudi razkrijejo, ali bodo jedra verjetno medsebojno sodelovala ali doživela reakcijo jedrske cepitve in lahko povečajo verjetnost, da se postopek imenuje Dvojnik brez nevtrino β-Decay odkriti, kaj bi lahko pomagalo rešiti nekatere dolgoletne skrivnosti v fiziki. Približno 99,9% vidne snovi je v središču atomov, pravi Jia. "Razumevanje jedrskega gradnika je praktično v središču razumevanja, kdo smo."

1. Zvezdna sodelovanje Nature https://doi.org/10.1038/S41586-024-08097-2 (2024).

   Članek
   
   Google Učenjak

Prenos citatov