Neli universumit valitsevat põhijõudu – elektromagnetiline jõud, gravitatsioon ning nõrgad ja tugevad tuumajõud – kirjeldavad samaaegselt osakeste vastastikmõju ja seda, kuidas see koostoime maailma moodustab.
Tänu Põhja-Carolina ülikooli Chapel Hillis ja USA energeetikaministeeriumi (DOE) hiljutisele uuringule on teadlased tugeva tuumajõu, ühe salapärasema jõu mõistmisele sammu võrra lähemal. Argonne'i riiklik labor.
Nende uurimistöö tugineb aatomistruktuuri fundamentaalsetele teooriatele, mille töötas välja Nobeli preemia võitnud Argonne'i füüsik Maria Goeppert Mayer 1960. aastate alguses. Ta aitas kaasa matemaatilise mudeli loomisele tuuma struktuur. Tema teooria selgitas teadlaste seas kauaaegset mõistatust: miks teatud arv prootoneid ja neutroneid aatomi tuumas muudab selle väga stabiilseks.
Uurides, kuidas tuuma struktuur võib muutuda, kui see tekib ergastatud olekus tuumareaktsiooni kaudu, on uurimisrühm varem läbi viinud võrreldavaid katseid tugeva tuumajõu uurimiseks. Nad uurisid 64 neutronit ja prootonnikkel-64, mis tulenesid nendest ja muudest välismaal läbi viidud uuringutest. See tuum kaalub rohkem kui ükski stabiilne nikli tuum, 28 prootonit ja 36 neutronit. Kõrgemale energiatasemele stimuleerimisel võimaldavad selle nikli isotoobi omadused selle struktuuri muuta.
Oma katse jaoks kasutas meeskond DOE Office of Science'i kasutajaseadet Argonne Tandem Linac Accelerator System, et kiirendada Ni-64 tuumade proovi juhtsihtmärgi suunas. Plii aatomid suutsid ergutada Ni-64 tuumad läbi elektromagnetiliste jõudude, mis tulenevad plii ja nikli vahelisest tõrjumisest prootonid.
See sarnaneb popkorni koti mikrolaineahjus kuumutamise protseduuriga. Tuumad hakkavad soojenedes plahvatuslikult muutuma erineva kuju ja suurusega. Mikrolaineahjust väljuv popkorn erineb sissetulevast ja mis veelgi olulisem, tuumadele rakendatud energia muutis nende struktuuri.
Gammakiired, mis tekkisid, kui Ni-64 tuumad lagunesid tagasi oma põhiolekusse, avastas GRETINA instrument pärast Ni-64 tuumade stimuleerimist. Kontaktis osalevate osakeste orientatsiooni tegi kindlaks erinev detektor CHICO2. Meeskond suutis tänu detektorite kogutud andmetele tuvastada kuju (või kujundid), mille Ni-64 oli põnev.
Andmete analüüs näitas, et Ni-64 tuumad, mida stimuleerisid interaktsioonid pliiga, läbisid samuti struktuurseid muutusi. Kuid olenevalt rakendatud energia hulgast muutus nikli sfääriline aatomituum kas lapiku kujuga, mis sarnaneb uksepiidaga, või pikliku kujuga, mis sarnaneb jalgpalliga. See avastus on erakordne raskete tuumade nagu Ni-64 puhul, milles on palju prootoneid ja neutronid.
Robert Janssens, UNC-Chapel Hilli professor ja artikli kaasautor, ütles, "Mudel on pilt reaalsusest ja see on kehtiv mudel ainult siis, kui see suudab selgitada seda, mida varem oli teada, ja sellel on teatav ennustamisjõud. Uurime tuumade olemust ja käitumist, et täiustada oma praeguseid tugeva tuumajõu mudeleid pidevalt.
"Ni-64 ja ümbritsevate tuumade leiud võivad panna aluse tulevastele praktilistele avastustele tuumateaduse valdkonnas, nagu tuumaenergia, astrofüüsika ja meditsiin. Rohkem kui 50% haiglate meditsiiniprotseduuridest hõlmavad tänapäeval tuumaisotoope. Ja enamik neist isotoopidest on avastatud fundamentaaluuringute käigus, nagu meie teeme.
Ajakirja viide:
- D. Little, A. D. Ayangeakaa jt. 64Ni mitmeastmeline Coulombi ergutus: kuju kooseksisteerimine ja madala pöörlemissagedusega ergastuste olemus. Phys. Rev. C. DOI: 10.1103/PhysRevC.106.044313
