Neljä perusvoimaa - sähkömagneettinen voima, painovoima sekä heikot ja vahvat ydinvoimat - jotka hallitsevat maailmankaikkeutta, kuvaavat samanaikaisesti hiukkasten vuorovaikutusta ja sitä, kuinka tämä vuorovaikutus muodostaa maailman.
Tutkijat ovat askeleen lähempänä ymmärtämään vahvaa ydinvoimaa, joka on yksi salaperäisimmista voimista, kiitos Chapel Hillin Pohjois-Carolinan yliopiston ja Yhdysvaltain energiaministeriön (DOE) tuoreen tutkimuksen. Argonnen kansallinen laboratorio.
Heidän tutkimuksensa perustuu atomirakenteen perustavanlaatuisiin teorioihin, jotka Nobel-palkittu Argonnen fyysikko Maria Goeppert Mayer kehitti 1960-luvun alussa. Hän osallistui matemaattisen mallin luomiseen ydinrakenne. Hänen teoriansa selvitti tutkijoiden keskuudessa pitkään jatkuneen mysteerin: miksi atomin ytimessä on tietty määrä protoneja ja neutroneja, jotka tekevät siitä erittäin vakaan.
Tutkimalla, miten ytimen rakenne voi muuttua, kun se muodostuu virittyneessä tilassa ydinreaktion kautta, tutkimusryhmä on aiemmin tehnyt vertailukelpoisia kokeita vahvan ydinvoiman selvittämiseksi. He tutkivat 64 neutronia ja protoninikkeli-64:ää, jotka saatiin näistä ja muista ulkomailla tehdyistä tutkimuksista. Tämä ydin painaa enemmän kuin mikään vakaa nikkeliydin, jossa on 28 protonia ja 36 neutronia. Kun tämä nikkeli-isotooppi stimuloidaan korkeammalle energiatasolle, sen ominaisuudet mahdollistavat sen rakenteen muuttamisen.
Kokeeseensa ryhmä käytti Argonne Tandem Linac Accelerator System -järjestelmää, DOE Office of Science -käyttäjäjärjestelmää, nopeuttamaan Ni-64-ytimien näytettä kohti lyijykohdetta. Lyijyatomit pystyivät virittämään Ni-64-ytimiä lyijyn ja nikkelin välisestä hylkimisestä johtuvien sähkömagneettisten voimien kautta. protoneja.
Se muistuttaa menetelmää popcornpussin lämmittämiseksi mikroaaltouunissa. Ytimet alkavat räjähtää eri muotoihin ja kokoihin lämmetessään. Mikroaaltouunista tuleva popcorn eroaa sisään menneestä, ja mikä vielä tärkeämpää, ytimiin käytetty energia sai ne muuttamaan rakennettaan.
GRETINA-instrumentti havaitsi Ni-64-ytimien hajottua takaisin perustilaansa syntyneet gammasäteet sen jälkeen, kun Ni-64-ytimiä oli stimuloitu. Kosketukseen osallistuvien hiukkasten suuntaus varmistettiin CHICO2:lla, eri detektorilla. Tiimi pystyi tunnistamaan muodon (tai muodot), jonka Ni-64 omaksui jännittävänä ilmaisimien keräämien tietojen ansiosta.
Tietojen analyysi paljasti, että Ni-64-ytimet, joita stimuloivat vuorovaikutukset lyijyn kanssa, kokivat myös rakenteellisia muutoksia. Kuitenkin käytetyn energian määrästä riippuen nikkelin pallomainen atomiydin muuttui joko litteäksi, ovenkahvan kaltaiseksi, tai pyöreäksi, jalkapallon kaltaiseksi. Tämä löytö on poikkeuksellinen raskaille ytimille, kuten Ni-64, joissa on paljon protoneja ja neutronit.
Robert Janssens, UNC-Chapel Hillin professori ja paperin toinen kirjoittaja, sanoi, ”Malli on kuva todellisuudesta, ja se on pätevä malli vain, jos se pystyy selittämään sen, mikä tiedettiin aiemmin, ja sillä on jonkin verran ennustavaa voimaa. Tutkimme ytimien luonnetta ja käyttäytymistä parantaaksemme nykyisiä mallejamme vahvasta ydinvoimasta jatkuvasti.
"Ni-64:n ja sitä ympäröivien ytimien löydöt voivat luoda perustan tuleville käytännön löydöille ydintieteen alalla, kuten ydinenergiassa, astrofysiikassa ja lääketieteessä. Yli 50 % sairaaloiden lääketieteellisistä toimenpiteistä nykyään sisältää ydinisotooppeja. Ja suurin osa näistä isotoopeista on löydetty tehdessämme perustutkimusta, kuten me teemme.
Lehden viite:
- D. Little, A. D. Ayangeakaa et ai. 64Ni:n monivaiheinen Coulomb-viritys: Matalan spin-virityksen muoto ja luonne. Phys. Rev. C. DOI: 10.1103/PhysRevC.106.044313
