جزییات جدیدی از نیروی هسته‌ای قوی کشف شد

مطالعه اخیر در آزمایشگاه ملی آرگون و دانشگاه کارولینای شمالی ، محققان را به درک بیشتری از نیروی هسته ای قوی به عنوان یکی از معمایی ترین نیروهای بنیادی، نزدیک کرده است.

به گزارش تکناک، کار آنها بر اساس نظریه های بنیادی ساختارهای اتمی است که توسط برنده جایزه نوبل ماریا گوپرت مایر در اوایل دهه 1960 آغاز شد.

او به توسعه یک مدل ریاضی برای ساختار هسته کمک کرد. مدل او توضیح داد که چرا تعداد معینی از پروتون‌ها و نوترون‌ها در هسته یک اتم باعث می‌شود که آن به شدت پایدار باشد. پدیده‌ای که برای مدتی دانشمندان را گیج کرده بود.

جهان توسط چهار نیروی اساسی اداره می شود که برهمکنش های بین ذرات را دیکته می کنند و دنیایی را که می شناسیم شکل می دهند.

این نیروها شامل نیروی الکترومغناطیسی، گرانش، نیروی هسته ای ضعیف و نیروی هسته ای قوی است. این نیروهای بنیادی بر روی همه چیز از ریزترین اتم ها تا بزرگترین کهکشان های جهان عمل می کنند.

این تیم تحقیقاتی قبلاً آزمایش‌های مشابهی را برای مطالعه نیروی هسته‌ای قوی با بررسی چگونگی تغییر ساختار یک هسته هنگامی که در حالت برانگیختگی از طریق یک واکنش هسته‌ای ایجاد می شود را انجام داده‌اند.

همانطور که در این شکل نشان داده شده است، هنگامی که به حالت های انرژی بالاتر برانگیخته می شود، یک هسته Ni-64 می تواند شکل خود را از کروی به مایل یا پهن تغییر دهد.

این آزمایش‌ها و آزمایش‌های دیگری که در جاهای دیگر انجام شد، آنها را به بررسی نیکل-64، که دارای 64 نوترون و پروتون است، سوق داد. این هسته سنگین ترین هسته نیکل پایدار است که 28 پروتون و 36 نوترون دارد. این ایزوتوپ نیکل دارای خواصی است که اجازه می دهد ساختار آن در هنگام برانگیختگی به حالت های انرژی بالاتر تغییر کند.

برای آزمایش خود، این تیم از سیستم شتاب دهنده Argonne Tandem Linac، برای شتاب بخشیدن به نمونه ای از هسته های Ni-64 به سمت هدفی از سرب استفاده کردند. اتم های سرب توانستند هسته های Ni-64 را از طریق نیروهای الکترومغناطیسی ناشی از دافعه بین پروتون های سرب و پروتون های نیکل تحریک کنند.

این فرآیند شبیه به قرار دادن یک کیسه پاپ کورن در مایکروویو است. همانطور که هسته ها گرم می شوند، شروع به تبدیل شدن به شکل ها و اندازه های مختلف می کنند. ذرت بو داده ای که از مایکروویو خارج می شود با آنچه داخل مایکروویو می آید متفاوت است و مهمتر از همه، هسته ها به دلیل انرژی اعمال شده بر روی آنها شکل خود را تغییر دادند.

پس از برانگیختن هسته‌های Ni-64، ابزاری به نام GRETINA، پرتوهای گامای آزاد شده را در هنگام فروپاشی هسته‌ها به حالت اولیه تشخیص داد. آشکارساز دیگری به نام CHICO2 جهت ذرات درگیر در برهمکنش را تعیین کرد. داده‌های به‌دست‌آمده توسط آشکارسازها به تیم اجازه می‌دهد تا تعیین کند که Ni-64 در هنگام برانگیختگی چه شکل یا اشکالی به خود گرفته است.

از تجزیه و تحلیل داده ها، نتیجه گرفته شد که هسته های Ni-64 برانگیخته شده توسط برهمکنش با سرب نیز شکل خود را تغییر داده اند. اما به جای ظاهر شدن به شکل‌های کرکی آشنا، هسته اتمی کروی نیکل بسته به میزان انرژی اعمال شده روی آن، به یکی از این دو شکل تبدیل شد. مانند یک دستگیره در یک توپ فوتبال. این یافته برای هسته های سنگینی مانند Ni-64 که از پروتون ها و نوترون های زیادی تشکیل شده اند، غیرمعمول است.

رابرت یانسنز، استاد دانشگاه UNC-Chapel Hill و یکی از نویسندگان مقاله، می گوید: مدل تصویری از واقعیت است و تنها زمانی یک مدل معتبر است که بتواند آنچه را که قبلاً شناخته شده بود توضیح دهد، و دارای قدرت پیش بینی باشد. ما در حال مطالعه ماهیت و رفتار هسته‌ها هستیم تا مدل‌های فعلی‌مان از نیروی هسته‌ای قوی را بهبود ببخشیم.

در نهایت، محققان امیدوارند یافته‌های آنها در مورد Ni-64 و هسته‌های اطراف آن بتواند پایه‌های اکتشافات عملی آینده در زمینه علوم هسته‌ای، مانند انرژی هسته‌ای، اخترفیزیک و پزشکی را ایجاد کند. یانسنز گفت: بیش از نیمی از روش های پزشکی در بیمارستان ها امروزه شامل ایزوتوپ های هسته ای است و بیشتر این ایزوتوپ ها در حین انجام تحقیقات بنیادی مانند پژوهش ما کشف شده اند.