Четыре фундаментальные силы — электромагнитная сила, гравитация, слабое и сильное ядерное взаимодействие — которые управляют Вселенной, одновременно описывают взаимодействие частиц и то, как это взаимодействие образует мир.
Исследователи стали на шаг ближе к пониманию сильного ядерного взаимодействия, одного из самых загадочных взаимодействий, благодаря недавнему исследованию Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл и Министерства энергетики США (DOE). Национальная лаборатория Аргон.
Их исследования основаны на фундаментальных теориях строения атома, разработанных лауреатом Нобелевской премии по физике из Аргонны Марией Гепперт Майер в начале 1960-х годов. Она способствовала созданию математической модели ядерная структура. Ее теория прояснила давнюю загадку ученых: почему определенное количество протонов и нейтронов в ядре атома делает его очень стабильным.
Изучая, как структура ядра может измениться, когда оно формируется в возбужденном состоянии в результате ядерной реакции, исследовательская группа ранее проводила аналогичные эксперименты для изучения сильного ядерного взаимодействия. Они изучили нейтроны-64 и протоны никеля-64, полученные в результате этих и других исследований, проведенных за рубежом. Это ядро весит больше, чем любое стабильное ядро никеля, с 28 протонами и 36 нейтронами. При стимуляции до более высоких энергетических уровней характеристики этого изотопа никеля позволяют ему изменять свою структуру.
Для своего эксперимента команда использовала аргоннскую тандемную ускорительную систему линейного ускорителя, пользовательскую установку Управления науки Министерства энергетики США, для ускорения образца ядер Ni-64 к свинцовой мишени. Атомы свинца смогли возбудить ядра Ni-64 за счет электромагнитных сил, возникающих в результате отталкивания между свинцом и никелем. протоны.
Это напоминает процедуру разогрева пакета попкорна в микроволновке. По мере нагревания ядра начинают взрываться, принимая различные формы и размеры. Попкорн, выходящий из микроволновки, отличается от того, что было в нем, и, что более важно, энергия, воздействующая на зерна, заставила их изменить свою структуру.
Гамма-лучи, возникающие при распаде ядер Ni-64 обратно в их основное состояние, были обнаружены прибором GRETINA после стимуляции ядер Ni-64. Ориентация частиц, вовлеченных в контакт, определялась другим детектором CHICO2. Благодаря данным, собранным детекторами, команда смогла определить форму (или формы), которую Ni-64 принял как захватывающую.
Анализ данных показал, что ядра Ni-64, стимулированные взаимодействием со свинцом, также претерпевают структурные изменения. Однако, в зависимости от количества приложенной энергии, сферическое атомное ядро никеля превращалось либо в сплюснутую форму, похожую на дверную ручку, либо в вытянутую форму, похожую на футбольный мяч. Это открытие является исключительным для тяжелых ядер, таких как Ni-64, которые имеют много протонов и нейтроны.
Роберт Янссенс, профессор UNC-Chapel Hill и соавтор статьи, — сказал, «Модель — это картина реальности, и она действительна только в том случае, если она может объяснить то, что было известно ранее, и обладает некоторой предсказательной силой. Мы изучаем природу и поведение ядер, чтобы постоянно улучшать наши текущие модели сильного ядерного взаимодействия».
«Находки в Ni-64 и окружающих его ядрах могут заложить основу для будущих практических открытий в области ядерных наук, таких как ядерная энергетика, астрофизика и медицина. Сегодня более 50% медицинских процедур в больницах связаны с ядерными изотопами. И большинство этих изотопов были обнаружены в ходе фундаментальных исследований, как это делаем мы».
Справочник журнала:
- Д. Литтл, А.Д. Аянгеакаа и др. Многоступенчатое кулоновское возбуждение 64Ni: сосуществование форм и природа низкоспиновых возбуждений. физ. Преподобный С, DOI: 10.1103/PhysRevC.106.044313
