مشاهده جفت های غیرمنتظره در هسته های آینه ای
به گزارش سیناپرس،هسته اتم، مکان شلوغی است. پروتون ها و نوترون های تشکیل دهنده آن، گهگاه با هم برخورد می کنند و برای مدت کوتاهی با تکانه بالایی از هم جدا می شوند و سپس مانند دو سر یک نوار لاستیکی کشیده شده، به هم می چسبند.
با استفاده از یک روش جدید، فیزیکدانانی که این برخوردهای پرانرژی را مطالعه می کردند، به کشف شگفت انگیزی دست یافته اند؛ برخورد پروتون ها با پروتون های دیگر و نوترون ها با نوترون های دیگر، بیشتر از آنچه انتظار می رفت، صورت می گیرد.
این کشف توسط یک تیم بین المللی از دانشمندان شامل محققان آزمایشگاه ملی لارنس برکلی، با استفاده از تسهیلات شتاب دهنده پرتو الکترونی پیوسته در مرکز شتاب دهنده ملی توماس جفرسون انجام شد.
پروتون ها و نوترون ها، ذراتی که هسته های اتم را می سازند، در مجموع نوکلئون نامیده می شوند.به گزارش سیناپرس،در آزمایش های قبلی، فیزیکدانان برخوردهای پرانرژی دو ذره ای را در تعداد انگشت شماری از هسته ها از کربن (با 12 نوکلئون) تا سرب (با 208 نوکلئون) مورد مطالعه قرار داده اند.
نتایج به دست آمده، ثابت بود؛ برخورد پروتون-نوترون تقریباً 95٪ از همه برخوردها را تشکیل می دهد، در حالی که برخورد پروتون-پروتون و نوترون-نوترون 5٪ باقی مانده را تشکیل می دهد.
هسته های اتمی اغلب به صورت خوشه های تنگ پروتون و نوترون به هم چسبیده به تصویر کشیده می شوند، اما این ذرات در واقع دائماً به دور یکدیگر می چرخند. به گزارش سیناپرس، در بیشتر هسته ها، ذرات حدود 20 درصد از عمر خود را در حالت های برانگیخته با تکانه بالا می گذرانند که حاصل برخورد دو ذره است.
قبلا برای مطالعه این برخوردها، فیزیکدانان هسته ها را با پرتوهایی از الکترون های پرانرژی متلاشی می کردند.
در این برخوردهای الکترون-پروتون، الکترون ورودی، به اندازه کافی انرژی دارد تا پروتون از قبل برانگیخته شده، را به طور کامل از هسته خارج کند. این موضوع، برهمکنش نوار لاستیکی مانند را که معمولاً جفت نوکلئون برانگیخته را مهار می کند، می شکند، بنابراین نوکلئون دوم نیز از هسته می گریزد.
در مطالعات قبلی درباره برخوردهای دو ذره، فیزیکدانان بر روی رویدادهای پراکندگی تمرکز می کردند که در آن الکترون برگشتی را نیز همراه با هر دو نوکلئون پرتاب شده شناسایی می کردند.
با برچسب زدن همه ذرات، آنها می توانستند تعداد نسبی جفت پروتون- پروتون و جفت پروتون- نوترون را محاسبه کنند. اما چنین رویدادهای "تصادفی سه گانه" نسبتاً نادر بوده و نیازمند محاسبه دقیق برای اندازه گیری برهمکنش های اضافی بین نوکلئون ها هستند که می تواند شمارش را مخدوش کند.
اکنون دانشمندان، راه جدیدی برای تعیین تعداد نسبی جفت پروتون- پروتون و پروتون- نوترون بدون شناسایی نوکلئون های پرتاب شده پیدا کرده اند. این ترفند، شامل اندازه گیری پراکندگی دو هسته آینه ای با تعداد نوکلئون یکسان بود. تریتیوم، با یک پروتون و دو نوترون، و هلیوم-3 که دارای دو پروتون و یک نوترون است.
محققان، برخوردهای این دو هسته آینه ای با سه نوکلئون، را مورد مطالعه قرار دادند و دریافتند که برخورد پروتون- پروتون و نوترون- نوترون، سهم بسیار بیشتر، یعنی تقریباً 20 درصد کل برخوردها را تشکیل می دهند.
ترفند جدید، دقت اندازه گیری های دانشمندان را ده برابر افزایش داد. آن ها انتظار نداشتند، که برخورد دو نوکلئون در تریتیوم و هلیم-3 متفاوت از هسته های سنگین تر عمل کنند، بنابراین نتایج به دست آمده کاملاً غافلگیرکننده بود.
درک این برخوردها برای تفسیر داده ها در طیف وسیعی از آزمایش های فیزیک که ذرات بنیادی را مطالعه می کنند، مهم است. همچنین به فیزیکدانان کمک می کند تا ساختار ستاره های نوترونی را درک کنند. ستاره های نوترونی، هسته های فروریخته ستارگان غول پیکر هستند که از متراکم ترین اشکال ماده در جهان محسوب می شوند.
نتایج تحقیقاتی در مجله Nature منتشر شده اند.
ترجمه: رها امیدوار
No tags for this post.
