أربع قوى أساسية - القوة الكهرومغناطيسية، والجاذبية، والقوى النووية الضعيفة والقوية - التي تحكم الكون في وقت واحد تصف تفاعل الجسيمات وكيف يشكل هذا التفاعل العالم.
اقترب الباحثون خطوة واحدة من فهم القوة النووية الشديدة، وهي واحدة من أكثر القوى غموضًا، وذلك بفضل دراسة حديثة أجرتها جامعة نورث كارولينا في تشابل هيل ووزارة الطاقة الأمريكية (DOE). مختبر أرجون الوطني.
يعتمد بحثهم على النظريات الأساسية للتركيب الذري التي طورتها عالمة فيزياء أرجون الحائزة على جائزة نوبل ماريا جوبرت ماير في أوائل الستينيات. ساهمت في إنشاء نموذج رياضي ل الهيكل النووي. أوضحت نظريتها لغزًا طويل الأمد بين العلماء: لماذا تجعل أعداد معينة من البروتونات والنيوترونات في نواة الذرة مستقرة للغاية.
من خلال التحقيق في كيفية تغير بنية النواة عندما تتشكل في حالة مثارة من خلال تفاعل نووي، أجرى فريق البحث سابقًا تجارب مماثلة لفحص القوة النووية الشديدة. لقد نظروا في 64 نيوترونًا وبروتون نيكل-64، والتي نتجت عن هذه الدراسات وغيرها التي أجريت في الخارج. تزن هذه النواة أكثر من أي نواة نيكل مستقرة، حيث تحتوي على 28 بروتونًا و36 نيوترونًا. عند تحفيزه إلى مستويات طاقة أعلى، فإن خصائص نظير النيكل هذا تمكنه من تغيير بنيته.
في تجربتهم، استخدم الفريق نظام Argonne Tandem Linac Accelerator System، وهو مرفق مستخدم تابع لمكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة، لتسريع عينة من نوى Ni-64 نحو هدف رئيسي. تمكنت ذرات الرصاص من إثارة نوى Ni-64 من خلال القوى الكهرومغناطيسية الناتجة عن التنافر بين الرصاص والنيكل البروتونات.
إنه يشبه إجراء تسخين كيس من الفشار في الميكروويف. تبدأ الحبات في الانفجار إلى أشكال وأحجام مختلفة أثناء تسخينها. يختلف الفشار الذي يخرج من الميكروويف عما دخل إليه، والأهم من ذلك أن الطاقة المطبقة على الحبات تسببت في تغيير بنيتها.
تم اكتشاف أشعة جاما الناتجة عن اضمحلال نوى Ni-64 إلى حالتها الأرضية بواسطة أداة GRETINA بعد تحفيز نوى Ni-64. تم التأكد من اتجاه الجزيئات المشاركة في التلامس بواسطة جهاز CHICO2، وهو كاشف مختلف. وتمكن الفريق من التعرف على الشكل (أو الأشكال) التي يفترضها Ni-64 لأنها كانت مثيرة، وذلك بفضل البيانات التي جمعتها أجهزة الكشف.
وكشف تحليل البيانات أن نوى Ni-64 التي تم تحفيزها عن طريق التفاعل مع الرصاص خضعت أيضًا لتغييرات هيكلية. ومع ذلك، اعتمادًا على كمية الطاقة المطبقة، تحولت النواة الذرية الكروية للنيكل إما إلى شكل مفلطح، يشبه مقبض الباب، أو إلى شكل منتفخ، يشبه كرة القدم. ويعد هذا الاكتشاف استثنائيًا بالنسبة للنوى الثقيلة مثل Ni-64، التي تحتوي على الكثير من البروتونات النيوترونات.
روبرت جانسينز، أستاذ بجامعة UNC-Chapel Hill ومؤلف مشارك في هذه الورقة، محمد, "النموذج هو صورة للواقع، وهو نموذج صالح فقط إذا كان بإمكانه تفسير ما كان معروفًا من قبل، ولديه بعض القوة التنبؤية. نحن ندرس طبيعة وسلوك النوى لتحسين نماذجنا الحالية للقوة النووية القوية بشكل مستمر.
"يمكن للنتائج في Ni-64 والنوى المحيطة بها أن تضع الأسس للاكتشافات العملية المستقبلية في مجال العلوم النووية، مثل الطاقة النووية والفيزياء الفلكية والطب. أكثر من 50% من الإجراءات الطبية في المستشفيات اليوم تتضمن النظائر النووية. وقد تم اكتشاف معظم هذه النظائر أثناء إجراء الأبحاث الأساسية كما نفعل الآن.
المرجع مجلة:
- D. ليتل، A. D. Ayangeakaa، وآخرون. إثارة كولوم متعددة الخطوات لـ 64Ni: التعايش بين الأشكال وطبيعة الإثارة المنخفضة الدوران. فيز. القس ج. دوى: 10.1103 / PhysRevC.106.044313
