چند نوترون را می‌توان در یک اتم جای داد؟
فیزیکدانان در ژاپن سنگین‌ترین هسته کلسیم را ایجاد کرده‌اند که در حالت عادی هرکدام شامل ۲۰ پروتون موردنیاز برای ساخت این عنصر است، در این آزمایش تعداد نوترون‌ها به ۴۰ عدد بالغ شد. این میزان، دو برابر تعداد نوترون‌های موجود در شایع‌ترین شکل کلسیم و دو برابر بیشتر از رکورد قبلی است. یافته‌های این تحقیق نشان می‌دهد برخلاف تصورات پیشین، امکان این‌که نوترون‌ها را به هسته‌های بیشتری تبدیل کرد، وجود دارد و این کشف جدید می‌تواند پیامدهایی برای نظریات ستاره‌های نوترونی داشته باشد.
یافته‌های این تحقیق نشان می‌دهد برخلاف تصورات پیشین، امکان این‌که نوترون‌ها را به هسته‌های بیشتری تبدیل کرد، وجود دارد و این کشف جدید می‌تواند پیامدهایی برای نظریات ستاره‌های نوترونی داشته باشد.
دانیل فیلیپس (Daniel Phillips)، فیزیکدان تئوری هسته‌ای در دانشگاه آویو در اوهایو درباره این مسئله می‌گوید: «این کشف درواقع یک یافته مهم و جالب است.»
مدل‌های ساختار هسته‌ای فیزیکدان‌ها به هسته‌های رایج‌تر با تعداد تقریباً مساوی پروتون‌ها و نوترون‌ها متصل شده‌اند و دانشمندان باید بدانند که این تئوری‌ها تا چه حد می‌توانند اشتباه باشند زیرا آن‌ها را به هسته‌هایی با نسبت‌های پروتونی و نوترون بیشتر تبدیل می‌کند.
هسته اتمی شامل پروتون‌ها و نوترون‌هایی هستند که توسط نیروی قوی هسته‌ای تشکیل‌شده است. تعداد پروتون‌ها، هویت اتم را به‌عنوان یک عنصر شیمیایی تعیین می‌کند؛ تعداد نوترون‌ها نیز ایزوتوپ عنصر را تعیین می‌کند. کتاب‌های درسی اغلب یک هسته را به تصویر می‌کشد، زیرا پروتون‌ها و نوترون‌های زیادی مانند آب‌نبات درهم می‌تند، اما هسته‌های واقعی بسیار پیچیده‌تر از این مثال هستند. هسته اگرچه از ذرات گسسته ساخته‌شده است، اما هسته‌های متوسط مانند قطره مایع با کشش سطحی عمل می‌کنند. درعین‌حال، هسته‌ها دارای پوسته‌های انرژی کوانتومی انتزاعی هستند و می‌توانند در صورت داشتن تعدادی پروتون یا نوترون‌هایی که این پوسته‌ها را پر می‌کنند، به‌شدت محدود شوند؛ همان‌طور که در مقیاس بزرگ‌تر، اتم‌ها در صورت پر شدن پوسته الکترون‌ها عمل می‌کنند. علاوه بر این، پروتون‌ها و نوترون‌ها می‌توانند زوج‌های کوچک و سه‌بعدی را تشکیل دهند که خواص و ثبات هسته را تغییر دهند.
نظریه‌پردازان برای استفاده از این رفتارهای رقابتی از مدل‌های مختلفی استفاده می‌کنند. در مدل‌های نسبتاً کم‌نور و مدل‌های اولیه، این رفتار برهمکنش پروتون‌ها و نوترون‌های فردی تأثیر می‌گذارد. چنین مدل‌هایی برای هسته‌های سنگین‌تر نیز وجود دارد، بنابراین نظریه‌پردازان مدل‌های تقریبی بیشتری را بر اساس «کارکردهای چگالی» که توزیع پروتون‌ها و نوترون‌ها را به‌عنوان متغیرهای مستمر تطبیق می‌دهند، استفاده می‌کنند.
در حال حاضر، یک گروه ۳۰ نفره از آزمایشگاه ریکن (RIKEN ) کشور ژاپن در واکو (Wako) با همکاری دانشمندان دانشگاه ایالتی میشیگان (MSU)، مجموعه‌ای از هسته‌های غنی از نوترون جدید را آزمایش کرده‌اند که نظریات پیشین را به چالش می‌کشد. این پژوهشگران با بهره‌گیری از پرتوهای ایزوتوپ رادیواکتیو، بخشی از هسته سنگین عنصر روی را شکافتند. سپس آن‌ها از روش جداسازی مغناطیسی بسیار دقیقی برای مرتب کردن بر اساس مجموعه گسترده‌ای از هسته‌ها استفاده کردند. درمجموع، این گروه هشت هسته جدید غنی از نوترون را تولید کرد، ازجمله کلسیم ۵۹ و کلسیم -۶۰، با ۳۹ و ۴۰ نوترون. محققان برای تولید دو هسته کلسیم ۶۰ باید ۲۰۰ کادریلیون (عدد یک با ۱۵ صفر به توان ۲) روی هسته را به هدف برسانند.
آزمایش‌کنندگان امیدوارند حتی ایزوتوپ‌های سنگین‌تری از کلسیم را پیداکرده و همچنین به‌اندازه کافی از هسته اتم برای مطالعه خواص آن استفاده کنند. چنین مطالعاتی می‌تواند زمانی که در سال ۲۰۲۲ دانشگاه ایالتی میشیگان، شتاب‌دهنده جدید هفتصد و سی میلیون دلاری خود را مورد بهره‌برداری قرار دهد، آسان‌تر شود. گفته می‌شود این شتاب‌دهنده به‌مراتب از سیستم RIKEN قوی‌تر خواهد بود.
ترجمه: فاطمه کردی
منبع: sciencemag
No tags for this post.
