Fire grundlæggende kræfter - den elektromagnetiske kraft, tyngdekraften og de svage og stærke kernekræfter - der styrer universet samtidig beskriver partikelinteraktion og hvordan denne interaktion udgør verden.
Forskere er et skridt tættere på at forstå den stærke atomkraft, en af de mest mystiske kræfter, takket være en nylig undersøgelse fra University of North Carolina ved Chapel Hill og US Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory.
Deres forskning bygger på grundlæggende teorier om atomstruktur udviklet af den nobelprisvindende Argonne-fysiker Maria Goeppert Mayer i begyndelsen af 1960'erne. Hun bidrog til skabelsen af en matematisk model af nuklear struktur. Hendes teori afklarede et mangeårigt mysterium blandt videnskabsmænd: hvorfor et bestemt antal protoner og neutroner i et atoms kerne gør det meget stabilt.
Ved at undersøge, hvordan strukturen af en kerne kan ændre sig, når den dannes i en ophidset tilstand gennem en kernereaktion, har forskerholdet tidligere udført sammenlignelige eksperimenter for at undersøge den stærke kernekraft. De undersøgte de 64 neutroner og proton nikkel-64, som var resultatet af disse og andre undersøgelser udført i udlandet. Denne kerne vejer mere end nogen stabil nikkelkerne med 28 protoner og 36 neutroner. Når den stimuleres til højere energiniveauer, gør egenskaberne ved denne nikkelisotop det muligt for den at ændre sin struktur.
Til deres eksperiment brugte holdet Argonne Tandem Linac Accelerator System, en DOE Office of Science-brugerfacilitet, til at accelerere en prøve af Ni-64-kerner mod et hovedmål. Blyatomerne var i stand til at excitere Ni-64 kernerne gennem de elektromagnetiske kræfter, der var et resultat af frastødningen mellem bly og nikkel protoner.
Det ligner proceduren for opvarmning af en pose popcorn i mikrobølgeovnen. Kernerne begynder at eksplodere i forskellige former og størrelser, mens de varmes op. Popcornene, der kommer ud af mikrobølgeovnen, er anderledes end det, der kom ind, og endnu vigtigere, energien påført kernerne fik dem til at ændre deres struktur.
Gammastrålerne produceret, da Ni-64-kernerne henfaldt tilbage til deres grundtilstand, blev opdaget af GRETINA-instrumentet, efter at Ni-64-kernerne blev stimuleret. Orienteringen af partiklerne involveret i kontakten blev konstateret af CHICO2, en anden detektor. Holdet kunne identificere den form (eller former), som Ni-64 antog, da det var spændende, takket være de data, der blev indsamlet af detektorerne.
Dataanalysen afslørede, at Ni-64-kernerne stimuleret af interaktioner med bly også undergik en strukturel ændring. Men afhængigt af mængden af anvendt energi blev nikkelens sfæriske atomkerne enten til en oblate form, der ligner en dørhåndtag, eller en prolate form, der ligner en fodbold. Denne opdagelse er enestående for tunge kerner som Ni-64, som har mange protoner og neutroner.
Robert Janssens, professor ved UNC-Chapel Hill og medforfatter af papiret, sagde, ”En model er et billede af virkeligheden, og den er kun en gyldig model, hvis den kan forklare, hvad der var kendt før, og den har en vis forudsigelseskraft. Vi studerer kernernes natur og adfærd for løbende at forbedre vores nuværende modeller af den stærke atomkraft."
"Fundene i Ni-64 og omgivende kerner kan lægge grundlaget for fremtidige praktiske opdagelser inden for det nuklearvidenskabelige område, såsom kerneenergi, astrofysik og medicin. Mere end 50 % af de medicinske procedurer på hospitaler i dag involverer nukleare isotoper. Og de fleste af disse isotoper er blevet opdaget, mens vi laver fundamental forskning, som vi gør."
Journal Reference:
- D. Little, AD Ayangeakaa, et al. Multistep Coulomb-excitation af 64Ni: Form sameksistens og karakteren af lav-spin-excitationer. Phys. Rev. C. DOI: 10.1103/PhysRevC.106.044313
