Protonlar ve nötronlar (nükleonlar) atom çekirdeğine bağlandığında, önemli bir çekim veya itme hissedecek kadar yakındırlar. İçlerindeki güçlü etkileşimler, nükleonlar arasında sert çarpışmalara yol açar.
Hafif çekirdeklerdeki bu enerjik çarpışmaları yeni bir teknikle incelerken, fizikçiler şaşırtıcı bir şey buldular: protonlar diğer protonlarla ve nötronlar hemcinsleriyle çarpışır. nötronlar beklenenden daha sık.
Daha önceki araştırmalarda, bilim adamları, kurşundan (12 nükleon) karbona (12 nükleon) (208) kadar az sayıda çekirdekte enerjik iki nükleon çarpışmalarını incelediler. Tutarlı bulgular, proton-nötron çarpışmalarının tüm çarpışmaların %95'inden fazlasını oluşturduğunu, kalan %5'i ise proton-proton ve nötron-nötron çarpışmalarının oluşturduğunu gösterdi.
Yeni bir deneyde fizikçiler, her biri üç nükleon içeren iki “ayna çekirdek”teki çarpışmaları incelediler. Proton-proton ve nötron-nötron çarpışmalarının toplamın çok daha büyük bir kısmından sorumlu olduğunu buldular - kabaca %20.
Uluslararası bir ekip, araştırmacılar da dahil olmak üzere bilim insanlarını keşfetti. Enerji Bakanlığı Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (Berkeley Laboratuvarı). Çalışma için, DOE'nin Virginia'daki Thomas Jefferson Ulusal Hızlandırıcı Tesisinde (Jefferson Lab) Sürekli Elektron Işını Hızlandırıcı Tesisini kullandılar.
Çoğu atom çekirdeğinde, nükleonlar yaşamlarının yaklaşık %20'sini iki nükleon çarpışmalarından kaynaklanan yüksek momentumlu uyarılmış durumlarda geçirir. Bu çarpışmaları incelemek, yüksek enerjili elektron ışınlarına sahip çekirdekleri zaplamayı gerektirir. Daha sonra bilim adamları, saçılan bir elektronun enerjisini ve geri tepme açısını ölçerek, çarptığı nükleonun hareket ettiği hızı çıkardılar.
Berkeley Laboratuarı bilim adamı John Arrington, işbirliğinin dört sözcüsünden biri olduğunu söyledi: "Bu, bir elektronun son zamanlarda başka bir nükleonla çarpışan yüksek momentumlu bir protondan saçıldığı olayları seçmelerini sağlıyor."
Bu elektron-proton çarpışmaları, uyarılmış olanı tamamen ortadan kaldırmak için yeterli enerjiye sahip gelen bir elektrona sahiptir. proton çekirdekten. İkinci nükleon da çekirdekten kaçar çünkü bu, genellikle heyecan verici nükleon çiftini yerinde tutan lastik bant benzeri etkileşimi bozar.
İki cisim çarpışmaları üzerine önceki araştırmalar, geri dönen elektronun ve her iki dışarı atılan nükleonun gözlemlendiği saçılma olaylarına odaklanmıştı. Tüm parçacıkları etiketleyerek, proton-proton çiftlerinin nispi sayısını belirleyebilirler ve proton-nötron çiftler. Bununla birlikte, bu "üçlü tesadüf" olayları son derece nadir olduğundan, nükleonlar arasındaki sayımı etkileyebilecek herhangi bir ek etkileşimin dikkatli bir şekilde değerlendirilmesi analiz için gerekliydi.
Ayna çekirdekleri hassasiyeti artırır
Yeni çalışmada, fizikçiler, fırlatılan nükleonları tespit etmeden göreceli proton-proton ve proton-nötron çiftlerinin sayısını belirlemenin bir yolunu gösterdiler. Aynı sayıda nükleon içeren iki “ayna çekirdekten” saçılmanın ölçümü – trityum, bir proton ve iki nötron içeren nadir bir hidrojen izotopu ve Helyum-3iki protonu ve bir nötronu olan - hüner buydu. Helyum-3, protonları ve nötronları değiş tokuş edilmiş trityum gibi görünüyor ve bu simetri, fizikçilerin iki veri setini karşılaştırarak protonları içeren çarpışmaları nötronlardan ayırt etmelerini sağladı.
Fizikçiler elektron saçılım deneyleri için bir trityum gaz hücresi geliştirmeyi planladıktan sonra ayna çekirdekler üzerinde çalışmaya başladılar. Bu, bu nadir ve mizaç izotopunun on yıllardır ilk kullanımıdır.
Bu deney sayesinde, bilim adamları önceki deneylerden daha fazla veri topladılar. Bu nedenle, önceki ölçümlerin kesinliğini on kat artırabilirler.
İki nükleon çarpışmalarının trityum ve helyum-3'te daha ağır çekirdeklerden farklı şekilde çalışmasını beklemek için nedenleri yoktu, bu yüzden sonuçlar oldukça şaşırtıcıydı.
Arrington şuraya, "Onun berrak helyum-3'ü, ölçülen bir avuç ağır çekirdekten farklıdır. Kesin bir cevap vermek için diğer hafif çekirdekler üzerinde daha kesin ölçümler yapmak istiyoruz.”
Dergi Referans:
- Li, S., Cruz-Torres, R., Santiesteban, N. et al. 3H ve 3He ayna çekirdeklerinin kısa menzilli yapısını ortaya çıkarmak. Tabiat 609, 41-45 (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05007-2
