Чотири фундаментальні сили — електромагнітна сила, гравітація, слабка й сильна ядерні сили — які керують Всесвітом, водночас описують взаємодію частинок і те, як ця взаємодія створює світ.
Завдяки недавньому дослідженню Університету Північної Кароліни в Чапел-Хілл і Міністерства енергетики США (DOE) дослідники стали на крок ближче до розуміння потужної ядерної сили, однієї з найзагадковіших сил. Аргонна Національна лабораторія.
Їхні дослідження ґрунтуються на фундаментальних теоріях будови атома, розроблених лауреатом Нобелівської премії, фізиком з Аргони Марією Гепперт Майєр на початку 1960-х років. Вона брала участь у створенні математичної моделі ядерна структура. Її теорія прояснила давню таємницю серед вчених: чому певна кількість протонів і нейтронів у ядрі атома робить його дуже стабільним.
Досліджуючи, як може змінюватися структура ядра, коли воно утворюється в збудженому стані в результаті ядерної реакції, дослідницька група раніше проводила порівняльні експерименти, щоб дослідити сильну ядерну силу. Вони розглянули 64 нейтрони та протон нікель-64, отримані в результаті цих та інших досліджень, проведених за кордоном. Це ядро важить більше, ніж будь-яке стабільне ядро нікелю, з 28 протонами та 36 нейтронами. При стимуляції до більш високих рівнів енергії характеристики цього ізотопу нікелю дозволяють йому змінити свою структуру.
Для свого експерименту команда використовувала Argonne Tandem Linac Accelerator System, установку для користувачів Управління науки DOE, щоб прискорити зразок ядер Ni-64 до свинцевої мішені. Атоми свинцю змогли збуджувати ядра Ni-64 через електромагнітні сили, що є результатом відштовхування між свинцем і нікелем протони.
Це нагадує процедуру розігрівання пакетика попкорну в мікрохвильовці. Під час нагрівання ядра починають вибухати на різні форми та розміри. Попкорн, який виходить із мікрохвильової печі, відрізняється від того, що потрапив усередину, і, що важливіше, енергія, яка застосовувалася до зерен, змусила їх змінити свою структуру.
Гамма-промені, що виникли під час розпаду ядер Ni-64 до основного стану, були виявлені інструментом GRETINA після стимуляції ядер Ni-64. Орієнтація частинок, що беруть участь у контакті, була встановлена CHICO2, іншим детектором. Завдяки даним, зібраним детекторами, команда могла ідентифікувати форму (або форми), яку приймав Ni-64 як захоплюючу.
Аналіз даних показав, що стимульовані взаємодією зі свинцем ядра Ni-64 також зазнали структурних змін. Однак, залежно від кількості прикладеної енергії, сферичне атомне ядро нікелю перетворювалося на сплющену форму, схожу на дверну ручку, або на витягнуту форму, схожу на футбольний м’яч. Це відкриття є винятковим для важких ядер, таких як Ni-64, які мають багато протонів і нейтронів.
Роберт Янсенс, професор UNC-Chapel Hill і співавтор статті, сказав, «Модель — це зображення реальності, і це дійсна модель лише тоді, коли вона може пояснити те, що було відомо раніше, і має певну передбачувальну силу. Ми вивчаємо природу та поведінку ядер, щоб постійно вдосконалювати наші поточні моделі потужної ядерної сили».
«Знахідки в Ni-64 і навколишніх ядрах можуть закласти основу для майбутніх практичних відкриттів у галузі ядерної науки, такій як ядерна енергетика, астрофізика та медицина. Понад 50% медичних процедур у лікарнях сьогодні використовують ядерні ізотопи. І більшість цих ізотопів було виявлено під час проведення фундаментальних досліджень, як це ведемо ми».
Довідка з журналу:
- D. Little, A. D. Ayangeakaa та ін. Багатокрокове кулонівське збудження 64Ni: Співіснування форми та природа збудження з низьким спіном. фіз. Rev. C. DOI: 10.1103/PhysRevC.106.044313
