แรงพื้นฐานสี่แรง ได้แก่ แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงโน้มถ่วง และแรงนิวเคลียร์ที่อ่อนและแรง ซึ่งควบคุมจักรวาลพร้อม ๆ กันบรรยายถึงปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคและปฏิสัมพันธ์นี้ประกอบกันเป็นโลกอย่างไร
นักวิจัยเข้าใกล้ความเข้าใจถึงพลังนิวเคลียร์อันแข็งแกร่งซึ่งเป็นหนึ่งในพลังลึกลับที่สุดอีกก้าวหนึ่ง ขอบคุณการศึกษาล่าสุดจากมหาวิทยาลัยนอร์ทแคโรไลนาที่แชเปิลฮิลล์ และกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา (DOE) อาร์กอนห้องปฏิบัติการแห่งชาติ.
งานวิจัยของพวกเขาต่อยอดจากทฤษฎีพื้นฐานของโครงสร้างอะตอมที่พัฒนาโดย Maria Goeppert Mayer นักฟิสิกส์ผู้ได้รับรางวัลโนเบลในช่วงต้นทศวรรษ 1960 เธอมีส่วนในการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของ โครงสร้างนิวเคลียร์. ทฤษฎีของเธอได้ชี้แจงความลึกลับที่มีมายาวนานในหมู่นักวิทยาศาสตร์: เหตุใดจำนวนโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียสของอะตอมจึงทำให้มันเสถียรมาก
ทีมวิจัยได้ทำการทดลองที่เทียบเคียงได้เพื่อตรวจสอบแรงนิวเคลียร์ที่รุนแรงโดยการตรวจสอบว่าโครงสร้างของนิวเคลียสสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างไรเมื่อก่อตัวในสภาวะตื่นเต้นผ่านปฏิกิริยานิวเคลียร์ พวกเขาตรวจสอบนิวตรอน 64 ตัวและโปรตอนนิกเกิล-64 ซึ่งเป็นผลมาจากการศึกษาเหล่านี้และการศึกษาอื่นๆ ที่ดำเนินการในต่างประเทศ นิวเคลียสนี้มีน้ำหนักมากกว่านิวเคลียสนิกเกิลที่เสถียรใดๆ โดยมีโปรตอน 28 ตัว และนิวตรอน 36 ตัว เมื่อถูกกระตุ้นให้มีระดับพลังงานสูงขึ้น คุณลักษณะของไอโซโทปนิกเกิลนี้จะทำให้ไอโซโทปเปลี่ยนโครงสร้างได้
สำหรับการทดลอง ทีมงานได้ใช้ Argonne Tandem Linac Accelerator System ซึ่งเป็นสำนักงานผู้ใช้ด้านวิทยาศาสตร์ของ DOE เพื่อเร่งตัวอย่างนิวเคลียส Ni-64 ไปยังเป้าหมายตะกั่ว อะตอมของตะกั่วสามารถกระตุ้นนิวเคลียส Ni-64 ผ่านแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากการผลักกันระหว่างตะกั่วกับนิกเกิล โปรตอน.
คล้ายกับขั้นตอนการอุ่นถุงป๊อปคอร์นในไมโครเวฟ เมล็ดข้าวจะเริ่มระเบิดเป็นรูปทรงและขนาดต่างๆ เมื่ออุ่นขึ้น ป๊อปคอร์นที่ออกมาจากไมโครเวฟจะแตกต่างจากที่ใส่เข้าไป และที่สำคัญกว่านั้นคือพลังงานที่ใช้กับเมล็ดทำให้โครงสร้างเปลี่ยน
รังสีแกมมาที่เกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียส Ni-64 สลายตัวกลับสู่สถานะพื้นถูกค้นพบโดยเครื่องมือ GRETINA หลังจากที่นิวเคลียส Ni-64 ถูกกระตุ้น การวางแนวของอนุภาคที่เกี่ยวข้องกับการสัมผัสถูกตรวจสอบโดย CHICO2 ซึ่งเป็นเครื่องตรวจจับที่แตกต่างกัน ทีมงานสามารถระบุรูปร่าง (หรือรูปร่าง) ที่ Ni-64 สันนิษฐานว่าเป็นที่น่าตื่นเต้น ต้องขอบคุณข้อมูลที่รวบรวมโดยเครื่องตรวจจับ
การวิเคราะห์ข้อมูลพบว่านิวเคลียส Ni-64 ที่ถูกกระตุ้นโดยปฏิกิริยากับตะกั่วยังได้รับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างด้วย อย่างไรก็ตาม ขึ้นอยู่กับปริมาณพลังงานที่ใช้ นิวเคลียสอะตอมทรงกลมของนิกเกิลอาจกลายเป็นรูปร่างเฉียง คล้ายกับลูกบิดประตู หรือรูปร่างขยาย คล้ายกับฟุตบอล การค้นพบนี้เป็นเรื่องพิเศษสำหรับนิวเคลียสหนักเช่น Ni-64 ซึ่งมีโปรตอนและจำนวนมาก นิวตรอน.
Robert Janssens ศาสตราจารย์ที่ UNC-Chapel Hill และผู้ร่วมเขียนบทความนี้ กล่าวว่า, “แบบจำลองคือภาพของความเป็นจริง และเป็นเพียงแบบจำลองที่ถูกต้องเท่านั้นหากสามารถอธิบายสิ่งที่เคยรู้จักมาก่อนได้ และมีพลังในการทำนายอยู่บ้าง เรากำลังศึกษาธรรมชาติและพฤติกรรมของนิวเคลียสเพื่อปรับปรุงแบบจำลองพลังนิวเคลียร์อย่างแรงในปัจจุบันของเราอย่างต่อเนื่อง”
“การค้นพบใน Ni-64 และนิวเคลียสโดยรอบสามารถวางรากฐานสำหรับการค้นพบเชิงปฏิบัติในอนาคตในสาขาวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์ เช่น พลังงานนิวเคลียร์ ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ และการแพทย์ มากกว่า 50% ของกระบวนการทางการแพทย์ในโรงพยาบาลในปัจจุบันเกี่ยวข้องกับไอโซโทปนิวเคลียร์ และไอโซโทปเหล่านี้ส่วนใหญ่ถูกค้นพบในขณะที่ทำการวิจัยขั้นพื้นฐานเหมือนกับที่เรากำลังทำอยู่”
การอ้างอิงวารสาร:
- D. Little, AD Ayangeakaa และคณะ การกระตุ้นคูลอมบ์หลายขั้นตอนของ 64Ni: รูปร่างการอยู่ร่วมกันและธรรมชาติของการกระตุ้นแบบหมุนต่ำ ฟิสิกส์ รายได้ ค. ดอย: 10.1103/PhysRevC.106.044313
