Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 11 °C
Yağışlı

Fizikçiler, atom çekirdeğinin daha net bir görünümünü elde etmek için parçacık hızlandırıcıyı tersine çevirdi

01.04.2021
33
A+
A-
Fizikçiler, atom çekirdeğinin daha net bir görünümünü elde etmek için parçacık hızlandırıcıyı tersine çevirdi

MIT ve diğer yerlerdeki fizikçiler, bir atomun çekirdeğinin yapısını haritalamak için proton bulutlarına iyon demetleri fırlatıyorlar, tıpkı ışık hızında nükleer oklar fırlatmak gibi.

Deney, yapılarını araştırmak için elektronları atom çekirdeğine fırlatan olağan parçacık hızlandırıcılarının tersine çevrilmesidir. Ekip, bu “ters kinematik” yaklaşımını, bir çekirdeğin protonları ve nötronlarının yanı sıra kısa menzilli korelasyonlu (SRC) çiftlerinin net bir görüntüsünü sağlamak için bir çekirdek içindeki dağınık, kuantum mekanik etkilerini ayıklamak için kullandı. Bunlar, süper yoğun nükleer madde damlacıkları oluşturmak için kısaca bağlanan ve nötron yıldızlarındaki aşırı yoğun ortamlara hükmettiği düşünülen proton veya nötron çiftleridir.

Doğa Fiziğinde bugün yayınlanan sonuçlar, ters kinematiğin daha kararsız çekirdeklerin yapısını karakterize etmek için kullanılabileceğini gösteren ve bilim adamlarının nötron yıldızlarının dinamiklerini ve ağır elementler ürettikleri süreçleri anlamak için kullanabilecekleri temel bileşenler.

MIT’de fizik profesörü yardımcısı olan ortak yazar Or Hen, “Yalnızca kararlı çekirdeklerde değil, aynı zamanda nötron yıldızı birleşmeleri gibi ortamlarda çok bol bulunan nötron açısından zengin çekirdeklerde de SRC çiftlerini incelemek için kapıyı açtık” diyor. . “Bu bizi bu tür egzotik astrofiziksel fenomeni anlamaya yaklaştırıyor.”

Hen’in ortak yazarları arasında MIT’den Jullian Kahlbow ve Efrain Segarra, Tel-Aviv Üniversitesi’nden Eli Piasetzky ve Darmstadt Teknik Üniversitesi, Rusya’daki Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü (JINR), Fransız Alternatif Enerjiler ve Atom Enerjisi Komisyonu’ndan araştırmacılar bulunmaktadır ( CEA) ve Almanya’daki GSI Helmholtz Ağır İyon Araştırma Merkezi.

Ters bir hızlandırıcı

Parçacık hızlandırıcılar, tipik olarak, yüksek enerjili elektronların sabit bir hedef çekirdek bulutuna ışınlandığı elektron saçılması yoluyla nükleer yapıları inceler. Bir elektron bir çekirdeğe çarptığında, protonları ve nötronları ortadan kaldırır ve bu süreçte elektron enerji kaybeder. Araştırmacılar, atılan protonların ve nötronların orijinal enerjilerini hesaplamak için bu etkileşimden önceki ve sonraki elektron ışınının enerjisini ölçüyorlar.

Elektron saçılması, bir çekirdeğin yapısını yeniden inşa etmenin kesin bir yolu olsa da, aynı zamanda bir şans oyunudur. Bir elektronun bir çekirdeğe çarpma olasılığı, tek bir elektronun tüm çekirdeğe kıyasla gözden kaybolacak kadar küçük olduğu düşünüldüğünde, nispeten düşüktür. Bu olasılığı artırmak için, ışınlar her zamankinden daha yüksek elektron yoğunluklarıyla yüklenir.

Bilim adamları ayrıca çekirdekleri araştırmak için elektron yerine proton demetleri kullanırlar, çünkü protonlar nispeten daha büyüktür ve hedeflerine ulaşma olasılıkları daha yüksektir. Ancak protonlar aynı zamanda daha karmaşıktır ve etkileşimleri çekirdeğin kendisinin nihai yorumunu bulanıklaştırabilen kuarklar ve gluonlardan yapılmıştır.

Daha net bir resim elde etmek için, son yıllarda fizikçiler geleneksel kurguyu tersine çevirdiler: Bilim adamları, protonların hedefine bir çekirdek veya iyon demetini hedefleyerek, sadece yok edilmiş protonları ve nötronları doğrudan ölçmekle kalmaz, bir hedef proton ile etkileşime girdikten sonra artık çekirdek veya çekirdek parçası ile çekirdek aynı zamanda orijinali de karşılaştırabilirler.

Hen, “Ters kinematikle, protonlarını ve nötronlarını kaldırdığımızda çekirdeğe ne olduğunu tam olarak biliyoruz” diyor.

Kuantum eleme

Ekip, bu ters kinematik yaklaşımını ultra yüksek enerjilere uyguladı, JINR’nin parçacık hızlandırıcı tesisini kullanarak, 48 milyar elektron-voltta fırlattıkları karbon-12 çekirdekli sabit bir proton bulutunu hedef aldı – enerjilerden çok daha yüksek çekirdeklerde doğal olarak bulunur.

Bu kadar yüksek enerjilerde, bir protonla etkileşime giren herhangi bir nükleon, çok daha düşük enerjilerde geçen etkileşmeyen nükleonlara kıyasla verilerde öne çıkacaktır. Bu şekilde, araştırmacılar bir çekirdek ve bir proton arasında meydana gelen herhangi bir etkileşimi hızla izole edebilirler.

Ekip, bu etkileşimlerden geriye kalan nükleer parçaları seçip bor-11’i (karbon-12 eksi tek bir proton) aradı. Bir çekirdek karbon-12 olarak başlayıp bor-11 olarak sarıldıysa, bu yalnızca tek bir protonu devirecek şekilde bir hedef protonla karşılaştığı anlamına gelebilirdi. Hedef proton birden fazla protonu ortadan kaldırdıysa, çekirdekteki kuantum mekaniksel etkilerin sonucu olacaktı ve bu yorumlanması zor olacaktı. Ekip, bor-11‘i açık bir imza olarak izole etti ve daha hafif, kuantumdan etkilenen parçaları attı.

Ekip, bor-11‘i üreten her etkileşime dayanarak orijinal karbon-12 çekirdeğinden çıkarılan protonun enerjisini hesapladı. Enerjileri bir grafiğe yerleştirdiklerinde, model tam olarak karbon-12‘nin yerleşik dağılımına uyuyor – tersine çevrilmiş, yüksek enerji yaklaşımının bir doğrulaması.

Daha sonra tekniği kısa menzilli ilişkili çiftler üzerine çevirdiler, bir çiftteki her parçacığın ilgili enerjilerini yeniden inşa edip edemeyeceklerini görmek için nötron yıldızları ve diğer nötron yoğun nesnelerdeki dinamikleri nihayetinde anlamak için temel bilgiler.

Deneyi tekrarladılar ve bu sefer bir karbon-12 konfigürasyonu olan bor-10 eksi bir proton ve bir nötron aradılar. Bor-10’un herhangi bir tespiti, bir karbon-12 çekirdeğinin, bir protonu ve bağlı ortağı olan bir nötronun ortadan kaldıran bir hedef proton ile etkileşime girdiği anlamına gelir. Bilim adamları, nötronun enerjisini ve orijinal SRC çiftinin enerjisini hesaplamak için hem hedefin hem de devre dışı bırakılan protonların enerjilerini ölçebiliyorlardı.

Araştırmacılar toplamda 20 SRC etkileşimini gözlemlediler ve bunlardan karbon-12’nin SRC enerjilerinin dağılımını haritalandırdılar, bu da önceki deneylere iyi uyuyor. Sonuçlar, ters kinematiklerin, daha dengesiz ve hatta çok daha fazla nötron içeren radyoaktif çekirdeklerdeki SRC çiftlerini karakterize etmek için kullanılabileceğini göstermektedir.

MIT ve Tel-aviv Üniversitesi’nde ortak doktora sonrası araştırmacı ve yazarlarından biri olan Julian Kahlbow, “Her şey tersine çevrildiğinde, bu, içinden geçen bir ışının, bir milisaniye yaşayan çok kısa ömürlü kararsız parçacıklardan yapılabileceği anlamına gelir,” diyor. “Bu milisaniye, onu yaratmamız, etkileşime girmesine izin vermemiz ve gitmesine izin vermemiz için yeterli. Böylece artık sistematik olarak sisteme daha fazla nötron ekleyebilir ve bu SRC’lerin nasıl geliştiğini görebiliriz, bu da nötron yıldızlarında neler olduğunu bilmemize yardımcı olur. evrendeki her şeyden çok daha fazla nötron var. ”


Daha fazla bilgi:
Bir karbon ışını ile pertürlenmemiş ters kinematik nükleon knockout ölçümleri, Doğa Fiziği (2021). DOI: 10.1038 / s41567-021-01193-4

Massachusetts Institute of Technology tarafından sağlanmıştır

Bu hikaye MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), MIT araştırması, inovasyonu ve öğretimi hakkındaki haberleri kapsayan popüler bir site.

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.