Fire grunnleggende krefter - den elektromagnetiske kraften, tyngdekraften og de svake og sterke kjernekreftene - som styrer universet, beskriver samtidig partikkelinteraksjon og hvordan denne interaksjonen utgjør verden.
Forskere er et skritt nærmere å forstå den sterke atomkraften, en av de mest mystiske kreftene, takket være en fersk studie fra University of North Carolina i Chapel Hill og US Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory.
Forskningen deres bygger på grunnleggende teorier om atomstruktur utviklet av den nobelprisvinnende Argonne-fysikeren Maria Goeppert Mayer på begynnelsen av 1960-tallet. Hun bidro til å lage en matematisk modell av kjernefysisk struktur. Teorien hennes avklarte et langvarig mysterium blant forskere: hvorfor et bestemt antall protoner og nøytroner i et atoms kjerne gjør det veldig stabilt.
Ved å undersøke hvordan strukturen til en kjerne kan endre seg når den dannes i en opphisset tilstand gjennom en kjernefysisk reaksjon, har forskerteamet tidligere utført sammenlignbare eksperimenter for å undersøke den sterke kjernekraften. De så på de 64 nøytronene og proton nikkel-64, som ble resultatet av disse og andre studier utført i utlandet. Denne kjernen veier mer enn noen stabil nikkelkjerne, med 28 protoner og 36 nøytroner. Når den stimuleres til høyere energinivåer, gjør egenskapene til denne nikkelisotopen det mulig for den å endre strukturen.
For eksperimentet deres brukte teamet Argonne Tandem Linac Accelerator System, et DOE Office of Science-brukeranlegg, for å akselerere en prøve av Ni-64-kjerner mot et hovedmål. Blyatomene var i stand til å eksitere Ni-64-kjernene gjennom de elektromagnetiske kreftene som følge av frastøtingen mellom blyet og nikkelen protoner.
Det ligner prosedyren for å varme opp en pose popcorn i mikrobølgeovnen. Kjernene begynner å eksplodere i forskjellige former og størrelser når de varmes opp. Popcornet som kommer ut av mikrobølgeovnen er forskjellig fra det som kom inn, og enda viktigere, energien som ble brukt på kjernene fikk dem til å endre strukturen.
Gammastrålene som ble produsert da Ni-64-kjernene forfalt tilbake til grunntilstanden, ble oppdaget av GRETINA-instrumentet etter at Ni-64-kjernene ble stimulert. Orienteringen av partiklene involvert i kontakten ble konstatert av CHICO2, en annen detektor. Teamet kunne identifisere formen (eller formene) som Ni-64 antok som den var spennende, takket være dataene samlet inn av detektorene.
Dataanalysen viste at Ni-64-kjernene stimulert av interaksjoner med bly også gjennomgikk strukturelle endringer. Avhengig av mengden energi som brukes, ble imidlertid nikkelens sfæriske atomkjerne enten omgjort til en oblate-form, som ligner på en dørhåndtak, eller en prolatform, som ligner på en fotball. Denne oppdagelsen er eksepsjonell for tunge kjerner som Ni-64, som har mange protoner og nøytroner.
Robert Janssens, professor ved UNC-Chapel Hill og medforfatter av artikkelen, sa, "En modell er et bilde av virkeligheten, og den er bare en gyldig modell hvis den kan forklare det som var kjent før, og den har en viss prediktiv kraft. Vi studerer kjernenes natur og oppførsel for å forbedre våre nåværende modeller av den sterke kjernekraften kontinuerlig.»
"Funnene i Ni-64 og omliggende kjerner kan legge grunnlaget for fremtidige praktiske oppdagelser innen kjernefysisk vitenskap, som kjernekraft, astrofysikk og medisin. Mer enn 50 % av de medisinske prosedyrene på sykehus i dag involverer kjernefysiske isotoper. Og de fleste av disse isotopene har blitt oppdaget mens vi gjorde grunnleggende forskning som vi gjør."
Tidsreferanse:
- D. Little, A.D. Ayangeakaa, et al. Multistep Coulomb-eksitasjon av 64Ni: Form sameksistens og naturen til lavspinn-eksitasjoner. Phys. Rev. C. GJØR JEG: 10.1103/PhysRevC.106.044313
