Krossade atombärnor: avslöjande av deras mystiska former

Veröffentlicht:

Von:

Fysiker använder kollisioner med hög energi för att undersöka formerna av kärnkraftkärnor, som kan revolutionera förståelsen för kemiska processer.
(Symbolbild/natur.wiki)

fysiker har upptäckt en ny metod för att undersöka formen av atomkärnor som förstör dem i kollisioner med hög energi. Denna metod kan hjälpa forskare att bättre förstå formerna av kärnor, som till exempel påverkar utbildningshastigheten för element i stjärnor och hjälper till att bestämma vilka material som är bäst lämpade som kärnbränsle.

"Kärnans form påverkar nästan alla aspekter av atomkärnan och kärnkraftsprocesser," säger Jie Meng, en kärnfysiker vid Peking University i Peking. Den nya avbildningsmetoden som publicerades den 6 november i Nature Journal representerar "en viktig och spännande framsteg", säger Meng.

Ett team på Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) i Brookhaven National Laboratory i Upton, New York, lämnade två strålar av uran-238 och senare två strålar av guld-med extrema energier. De träffade "så våldsamt att vi praktiskt taget smälte kärnorna i en soppa", säger co -Author Jiangyong Jia, fysiker vid Stony Brook University i New York.

Den heta plasma som genererades av kollisionerna expanderade mycket snabbt under tryck, varigenom detta var kopplat till kärnorna. Med en detektor med namnet Solenoidal Tracker på RHIC eller Star, som registrerade impulsen av flera tusen partiklar som genererades av båda typerna av kollisioner och jämförde resultaten med modeller, kunde teamet "vända klockan tillbaka för att härleda kärnorna, förklarar Jia.

dolda siffror

en atomkärna består av protoner och neutroner som upptar energinivåer som elektroner. I allmänhet tar partiklarna en form som minimerar systemets energi. I likhet med en droppe vatten kan kärnan ta olika former, inklusive en päron, amerikansk fotboll eller jordnötsskal. Formen på en kärna är "mycket svår att förutsäga", säger Jia. Du kan också

Tidigare experiment för att undersöka formen bestod av att distrahera joner med låg energi från kärnorna. Denna metodkallade Coulomb-förslag stimulerar frön, och strålningen som du avger medan du faller tillbaka till ditt grundläggande tillstånd avslöjar aspekter av din form. Eftersom tidsmåttet är relativt lång kan denna typ av avbildning bara visa en långvarig inspelning som visar genomsnittet för alla formfluktuationer.

Däremot ger metoden med hög energi kollision en omedelbar bild av kärnorna under påverkan. Det är en mer direkt metod som gör dig bättre lämpad för att undersöka exotiska former, säger Jia.

Tekniken bekräftade att guld hade en nästan sfärisk form som var konsekvent från en bild till nästa. Däremot förändrades uranformen i ögonblicksbilderna när kärnorna kolliderade i olika orienteringar. Detta gjorde det möjligt för forskarna att beräkna de relativa längderna på urankärnan i tre dimensioner, vilket indikerar att uran inte bara är sträckt, utan också något komprimerad i en dimension, liknande en tömd amerikansk fotboll.

"Det är fascinerande att det fungerade" och att andra kärnkraftsprocesser inte påverkade utsläppet av partiklarna och deformationen, Magdalena Zielińska, en kärnfysiker i den franska byrån för alternativa energier och atomenergi nära Paris.

Hårt eller mjukt?

Den här typen av avbildning kan hjälpa till att hantera den utmanande uppgiften, att skilja mellan kärnor som är "styva", det vill säga ha väl definierade former och "mjuka" som fluktuerar, säger Zielińska.

Jia säger att hans team också vill använda metoden för att undersöka skillnaderna mellan ljusajoner som syre och neon. Syrekärnan är nästan sfäriska, medan neonfrön - som också bär två protoner och två neutroner - är böjda. Jämförelsen av deras former skulle göra det möjligt för forskare att förstå hur protoner och neutronkluster bildas i kärnorna, enligt 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 Lös några långskade pussel i fysiken. Cirka 99,9% av synligt material är i mitten av atomerna, säger Jia. "Att förstå kärnkraftsbyggnadsblocket är praktiskt taget hjärtat att förstå vem vi är."

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

    Artikel
    Google Scholar Reference" data-track-värde = "Google Scholar Reference" data-track-label = "länk" data-track-item_id = "nofollow noopener" aria label = "Google Scholar Reference 1" href = " "http://scholar.google.com/scholar_lookup?&title=&journal=nature&doi=10.1038%2FS41586-08097-2&publication_year=2024&author=null%2Collaboration">
    Google Scholar