ארבעה כוחות יסוד - הכוח האלקטרומגנטי, כוח המשיכה והכוחות הגרעיניים החלשים והחזקים - השולטים ביקום בו זמנית מתארים אינטראקציה בין חלקיקים וכיצד אינטראקציה זו מרכיבה את העולם.
החוקרים מתקרבים צעד אחד יותר להבנת הכוח הגרעיני החזק, אחד הכוחות המסתוריים ביותר, הודות למחקר שנערך לאחרונה מאוניברסיטת צפון קרוליינה בצ'פל היל ומשרד האנרגיה האמריקאי (DOE) המעבדה הלאומית Argonne.
המחקר שלהם מתבסס על תיאוריות בסיסיות של מבנה אטומי שפותחה על ידי הפיזיקאית זוכת פרס נובל ארגון מריה גופר מאייר בתחילת שנות ה-1960. היא תרמה ליצירת מודל מתמטי של מבנה גרעיני. התיאוריה שלה הבהירה תעלומה ארוכת שנים בקרב מדענים: מדוע מספר מסוים של פרוטונים וניוטרונים בגרעין האטום הופך אותו ליציב מאוד.
על ידי חקירה כיצד מבנה הגרעין יכול להשתנות כאשר הוא נוצר במצב נרגש באמצעות תגובה גרעינית, צוות המחקר ערך בעבר ניסויים דומים לבחינת הכוח הגרעיני החזק. הם בדקו את 64 הנייטרונים והפרוטון ניקל-64, שנבעו ממחקרים אלה ואחרים שנערכו בחו"ל. גרעין זה שוקל יותר מכל גרעין ניקל יציב, עם 28 פרוטונים ו-36 נויטרונים. כאשר הוא מגורה לרמות אנרגיה גבוהות יותר, המאפיינים של איזוטופ ניקל זה מאפשרים לו לשנות את המבנה שלו.
לצורך הניסוי שלהם, הצוות השתמש ב- Argonne Tandem Linac Accelerator System, מתקן משתמש של DOE Office of Science, כדי להאיץ דגימה של גרעיני Ni-64 לעבר יעד מוביל. אטומי העופרת הצליחו לעורר את גרעיני Ni-64 באמצעות הכוחות האלקטרומגנטיים שנבעו מהדחייה בין העופרת לניקל פרוטונים.
זה דומה להליך לחימום שקית פופקורן במיקרוגל. הגרעינים מתחילים להתפוצץ לצורות וגדלים שונים כשהם מתחממים. הפופקורן שיוצא מהמיקרוגל שונה ממה שנכנס, וחשוב מכך, האנרגיה שהופעלה על הגרעינים גרמה להם לשנות את המבנה שלהם.
קרני הגמא שנוצרו כאשר גרעיני Ni-64 דעכו בחזרה למצב הקרקע שלהם התגלו על ידי מכשיר GRETINA לאחר גירוי גרעיני ה-Ni-64. הכיוון של החלקיקים המעורבים במגע הוברר על ידי CHICO2, גלאי אחר. הצוות יכול לזהות את הצורה (או הצורות) שהניח ה-Ni-64 כשהיא מרגשת, הודות לנתונים שנאספו על ידי הגלאים.
ניתוח הנתונים גילה שגם גרעיני ה-Ni-64 שגוירו על ידי אינטראקציות עם עופרת עברו שינוי מבני. עם זאת, בהתאם לכמות האנרגיה המופעלת, גרעין האטום הכדורי של הניקל הפך לצורה מכוסה, בדומה לידית דלת, או לצורת פרוטה, בדומה לכדורגל. גילוי זה יוצא דופן עבור גרעינים כבדים כמו Ni-64, שיש להם הרבה פרוטונים ו נויטרונים.
רוברט יאנסנס, פרופסור ב-UNC-Chapel Hill ומחבר שותף של המאמר, אמר, "מודל הוא תמונת מציאות, והוא רק מודל תקף אם הוא יכול להסביר את מה שהיה ידוע קודם, ויש לו כוח ניבוי מסוים. אנו חוקרים את טבעם והתנהגותם של גרעינים כדי לשפר את המודלים הנוכחיים שלנו של הכוח הגרעיני החזק ברציפות".
"הממצאים ב-Ni-64 ובגרעינים שמסביב יכולים להניח את היסודות לתגליות מעשיות עתידיות בתחום מדעי הגרעין, כמו אנרגיה גרעינית, אסטרופיזיקה ורפואה. יותר מ-50% מההליכים הרפואיים בבתי החולים כיום כוללים איזוטופים גרעיניים. ורוב האיזוטופים האלה התגלו תוך כדי מחקר בסיסי כמו שאנחנו עושים."
עיון ביומן:
- D. Little, AD Ayangeakaa, et al. עירור קולומב רב-שלבי של 64Ni: צורות דו קיום ואופי של עירורים בספין נמוך. פיזי. הכומר ג. DOI: 10.1103/PhysRevC.106.044313
