Dolar 12,4280
Euro 14,0266
Altın 717,01
BİST 1.776
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 21 °C
Kuvvetli Sağanak

Nükleer Görünümlü Camdan: Atomların ve Nötron Yıldızlarının Temel Fiziğinin İncelenmesi

08.11.2021
44
Nükleer Görünümlü Camdan: Atomların ve Nötron Yıldızlarının Temel Fiziğinin İncelenmesi
Bir Çift Ayna Çekirdeğin Yük Yarıçapı

Bilim adamları, nötron yıldızlarının doğasını incelemenin bir yolu olarak bir çift ayna çekirdeğinin yük yarıçapını kullanabilirler. Bu çift, aynadaki resimde gösterilmiştir. Kredi: Nadir İzotop Kirişler için Tesis

Michigan State’de geliştirilen teori ve deneyler, atomların ve nötron yıldızlarının temel fiziğini araştırmak için ‘ayna çekirdekleri’ kullanır.

Yaklaşık 20 yıl önce, Michigan Eyalet Üniversitesi’nden B. Alex Brown, evrendeki en aşırı ortamlardan bazılarında iş başında olan temel ancak esrarengiz bir kuvvet hakkında içgörüler ortaya çıkarmak için bir fikir buldu.

Bu ortamlar, bir atomNötron yıldızları olarak bilinen çekirdeği ve gök cisimleri, her ikisi de insanlık tarafından bilinen en yoğun nesneler arasındadır. Karşılaştırma için, bir yoğunluğu eşleştirmek için nötron yıldızı tüm Dünya kütlesinin Spartan Stadyumu büyüklüğünde bir boşluğa sıkıştırılmasını gerektirecektir.

Brown’ın teorisi, çekirdeklerin özelliklerini nötron yıldızlarına bağlamanın planlarını ortaya koydu, ancak bu köprüyü deneylerle inşa etmek zor olurdu. Thomas Jefferson Ulusal Hızlandırıcı Tesisinin benzersiz yetenekleri ve yıllar alacaktı. Jefferson Lab olarak da bilinen tesis, ABD Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi veya DOE-SC, Virginia’daki ulusal laboratuvardır. Böylece deneyciler on yıllarca süren bir dizi çalışma üzerinde çalışmak zorunda kaldılar ve Brown büyük ölçüde diğer projelerine geri döndü.

Yani 2017’ye kadar. İşte o zaman, meslektaşı Kei Minamisono’nun grubu tarafından Ulusal Süper İletken Siklotron Laboratuvarı’nda (NSCL) ve yakın gelecekte Nadir İzotop Kirişleri Tesisi’nde yürütülen güzel hassas deneyleri düşünmeye başladığını söyledi. FRIB. FRIB, MSU’da 2022’nin başlarında bilimsel kullanıcı operasyonuna başlayacak olan bir DOE-SC kullanıcı tesisidir.

FRIB’de ve MSU’nun Fizik ve Astronomi Bölümü’nde fizik profesörü olan Brown, “Yeni fikirlerin size nasıl geldiği şaşırtıcı” dedi.

Bu yeni fikrin amacı, önceki teorisiyle aynıydı, ancak bu hedefe daha hızlı ve daha basit bir yol sağlamak için “ayna çekirdekler” olarak bilinenler kullanılarak test edilebilir.

Aslında, 29 Ekim 2021’de ekip dergide bir makale yayınladı. Fiziksel İnceleme Mektupları çalıştırılması birkaç gün süren bir denemeden elde edilen verilere dayanmaktadır. Bu, elde edilmesi yıllar alan Jefferson Lab deneylerinden elde edilen yeni verilerin hemen ardından geliyor.

Brown, “Bu oldukça inanılmaz,” dedi. “Çalışması birkaç yıl süren deneyler ve birkaç gün süren deneyler yapabilir ve çok benzer sonuçlar elde edebilirsiniz.”

Açık olmak gerekirse, Michigan ve Virginia’daki deneyler rekabet etmiyor. Bunun yerine, Jefferson Lab Kullanıcıları Organizasyonu’nun bir üyesi ve eski başkanı olan Krishna Kumar, deneyleri “harika tamamlayıcı” olarak nitelendirdi.

Aynı zamanda Gluckstern Profesörü olan Kumar, “Bu ölçümlerin ayrıntılı bir karşılaştırması, varsayımlarımızı test etmemize ve çok küçük çekirdeklerin fiziğini çok büyük nötron yıldızlarının fiziğine bağlamanın sağlamlığını artırmamıza izin verecek” dedi. Massachusetts Amherst Üniversitesi’nde Fizik Bölümü. “Bu geniş konuda hem deneyde hem de teoride kaydedilen ilerleme, Jefferson Lab ve NSCL’nin yeteneklerinin öneminin ve benzersizliğinin altını çiziyor ve gelecekte FRIB’de yeni ölçümler yapıldıkça daha fazla örnek getirecek.”

Bu projeler ayrıca, özellikle evrenin temel gizemleriyle uğraşırken teorisyenlerin ve deneycilerin birlikte çalışmasının öneminin altını çiziyor. 20 yıl önce Jefferson Lab’ın deneylerini başlatan bu tür bir işbirliğiydi ve FRIB’de gelecekteki keşifleri güçlendirecek olan da bu tür bir işbirliği.

Nötron derisini incelemek için bir ayna

Buradaki ironilerden biri, Brown’ın zamanının çoğunu bu hikayenin merkezinde yer alan iki teori üzerinde çalışarak geçirmemiş olmasıdır. Brown, kariyeri boyunca 800’den fazla bilimsel makale yayınladı ve NSCL ve Jefferson Lab’deki deneylere ilham verenler, diğer çalışmalarından farklı.

Brown, “Birçok şey üzerinde çalışıyorum ve bunlar çok izole kağıtlar” dedi. Buna rağmen, Brown onları hızlı bir şekilde paylaştı. “İki makaleyi de birkaç ay içinde yazdım.”

Brown, 2017 teorisinin taslağını tamamladığında, hemen Minamisono ile paylaştı.

FRIB’de kıdemli bir fizikçi olan Minamisono, “Alex’ten e-posta aldığımda bir konferansta olduğumu hatırlıyorum” dedi. “O gazeteyi okuduğumda çok heyecanlandım.”

Heyecan, Minamisono’nun ekibinin makalenin fikirlerini test etmek için deneylere öncülük edebileceği bilgisinden ve teorinin kozmos üzerindeki etkilerinden geldi.

Minamisono, “Bu, nötron yıldızlarına bağlanır ve bu bir deneyci olarak çok heyecan verici” dedi.

Nötron yıldızları güneşimizden daha büyük, ancak Manhattan Adası kadar büyükler. Araştırmacılar, nötron yıldızlarının kütlesi için doğru ölçümler yapabilir, ancak çapları için kesin sayılar elde etmek zordur.

Nötron yıldızlarının içindeki kuvvetlerin itilmesi ve çekilmesinin daha iyi anlaşılması, nükleer fiziğin devreye girdiği bu boyut tahminlerini iyileştirebilir.

Bir nötron yıldızı, çok büyük bir yıldız bir süpernova haline gelip patladığında ve geride güneşimizden daha büyük kütleli bir çekirdek bıraktığında doğar. Bu devasa artığın yerçekimi, kendi üzerine çökmesine neden olur. Yıldız çökerken, maddesini – onu oluşturan maddeyi – nötronlara dönüştürmeye de başlar. Dolayısıyla, “nötron yıldızı”.

Nötronlar arasında, güçlü etkileşim olarak bilinen, yerçekimine karşı çalışan ve çöküşü frenlemeye yardımcı olan bir kuvvet vardır. Bu kuvvet, nötronlardan ve proton olarak bilinen parçacıklardan oluşan atom çekirdeğinde de etkilidir.

“Elbette yerçekimini biliyoruz. Orada bir sorun yok, ”dedi Brown. “Fakat saf nötronlar için güçlü etkileşimin ne olduğundan pek emin değiliz. Dünyada saf nötronlara sahip bir laboratuvar yok, bu yüzden hem protonları hem de nötronları olan çekirdeklerde gördüğümüz şeylerden çıkarımlar yapıyoruz.”

Atom çekirdeğinde, nötronlar, protonların ötesine uzanan ince, yalnızca nötron içeren bir katman oluşturarak, ufacık bir parça dışarı çıkar. Buna nötron derisi denir. Nötron kabuğunu ölçmek, araştırmacıların güçlü kuvvet ve buna bağlı olarak nötron yıldızları hakkında bilgi edinmelerini sağlar.

Jefferson Lab deneylerinde, araştırmacılar kurşun ve kalsiyum çekirdeklerine çarpan elektronlar gönderdiler. Bilim adamları, elektronların çekirdekten nasıl dağıldığına veya saptığına bağlı olarak, nötron kabuğunun boyutu için üst ve alt sınırları hesaplayabildiler.

NSCL deneyleri için ekibin, protonların belirli bir nikel çekirdeğinde ne kadar yer kapladığını ölçmesi gerekiyordu. Buna şarj yarıçapı denir. Ekip, özellikle, bir nikel çekirdeği veya 26 nötronlu izotop olan nikel-54 için şarj yarıçapını inceledi. (Tüm nikel izotoplarının 28 protonu vardır ve 26 nötrona sahip olanlar nikel-54 olarak adlandırılır, çünkü iki sayının toplamı 54’tür.)

Nikel-54 ile ilgili özel olan şey, bilim adamlarının, 26 proton ve 28 nötronlu bir demir çekirdeği olan ayna çekirdeğinin, demir-54’ün şarj yarıçapını zaten biliyor olmalarıdır.

“Bir çekirdekte 28 proton ve 26 nötron vardır. Yeni araştırma makalesinin baş yazarı ve Minamisono’nun ekibinde lisansüstü öğrenci araştırmacısı olan Skyy Pineda, “Diğerinde durum tersine döndü” dedi. Araştırmacılar, yük yarıçaplarını çıkararak protonları etkili bir şekilde ortadan kaldırır ve geriye o ince nötron tabakası kalır.

Pineda, “İki çekirdeğin yük yarıçaplarının farkını alırsanız, sonuç nötron kabuğudur” dedi.

Nikel-54’ün şarj yarıçapını ölçmek için ekip, BECOLA olarak kısaltılan Işın Soğutucu ve Lazer Spektroskopi tesisine döndü. BECOLA’yı kullanan deneyciler, bir lazer ışığı ışını ile bir nikel-54 izotop ışını ile örtüşüyor. Pineda, ışığın izotop ışını ile nasıl etkileşime girdiğine bağlı olarak, Spartalıların nikelin şarj yarıçapını ölçebileceğini söyledi.

Brown’ın daha önceki teorisini kullanan Jefferson Lab bilim adamları, bir ölçüm için sekstilyon elektrona veya trilyon milyar parçacıklara ihtiyaç duyuyorlardı. Yeni teoriyi kullanan araştırmacılar, bunun yerine binlerce, belki de milyonlarca çekirdeğe ihtiyaç duyuyor. Bu, bir zamanlar yıllar gerektiren ölçümlerin, günler süren deneylerle değiştirilebileceği anlamına gelir.

Ekip çalışması geçmişine dayanan bir keşif geleceği

Bu yeni araştırma, birkaç şekilde bir copun geçişi gibi geliyor. Birincisi, Jefferson Lab deneyleri son aşamalarına girerken, FRIB araştırmaya devam etmeye hazır.

FRIB, rölenin başka bir ayağını temsil eder. BECOLA, NSCL’de çalışmaya başladı ve FRIB’de çalışmaya devam edecek.

Her bacak, koşucuların bir araya getirdiği son ve kolektif çalışma üzerine kuruludur.

Yine, bu formül yeni bir şey değil. NSCL’deki bir teorisyenin, Virginia’daki birinci sınıf bir laboratuvardaki deneylere ilham vermesini ve bilgi vermesini sağlayan şey buydu. Ancak NSCL ve FRIB ile ilgili öne çıkan şey, kullanıcı tesislerinin bir üniversiteye bağlı olması, gazilerin ve yeni nesil liderlerin çok daha kısa sürede etkileşime girmesine ve fikirlerini paylaşmasına izin vermesidir.

“MSU, NSCL’ye ve şimdi FRIB’ye sahip olması bakımından benzersizdir. Minamisono ekibinde doktora sonrası araştırmacı ve yeni makalenin yardımcı yazarlarından Kristian Koenig, çoğu durumda, bunun gibi laboratuvarlar bir üniversite kampüsüne entegre edilmiyor” dedi. “Buradaki herkese harika bir fırsat veriyor.”

Referans: “Nötron Eksikliği Şarj Yarıçapı 54Ni ve Simetri Enerji Kısıtlamaları Ayna Çifti Yük Yarıçaplarındaki Farkı Kullanarak” Skyy V. Pineda, Kristian König, Dominic M. Rossi, B. Alex Brown, Anthony Incorvati, Jeremy Lantis, Kei Minamisono, Wilfried Nörtershäuser, Jorge Piekarewicz, Robert Powel ve Felix Sommer, 29 Ekim 2021, Fiziksel İnceleme Mektupları.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.182503

Fiziksel İnceleme Mektupları yayınında MSU ekibine katılan araştırmacılar, Florida Eyalet Üniversitesi Darmstadt Teknik Üniversitesi ve Almanya’daki GSI Helmholtz Ağır İyon Araştırmaları Merkezi ile birlikte.

Bu çalışma, kısmen Ulusal Bilim Vakfı Hibe No. PHY-14-30152, PHY-15-65546, PHY-18-11855, PHY-21-10365 ve PHY-21-11185, Ödül kapsamında DOE-SC tarafından desteklenmektedir. DE-FG02-92ER40750 ve Alman Araştırma Vakfı Proje Kimliği 279384907 SFB 1245.

NSCL, Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edilen ve NSF Fizik Bölümündeki Nükleer Fizik programının misyonunu destekleyen ulusal bir kullanıcı tesisidir.

Michigan Eyalet Üniversitesi (MSU), ABD Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi (DOE-SC) için bir kullanıcı tesisi olarak Nadir İzotop Kirişler Tesisi’ni (FRIB) işletmekte ve DOE-SC Nükleer Fizik Ofisi’nin misyonunu desteklemektedir. FRIB, DOE-SC, MSU ve Michigan Eyaleti tarafından finanse edilmekte olup, DOE-SC Nükleer Fizik Ofisi tarafından desteklenen kullanıcı tesisi işletimi sağlanmaktadır.

Thomas Jefferson Ulusal Hızlandırıcı Tesisi (Jefferson Lab), ABD Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi (DOE-SC) ulusal laboratuvarıdır. Jefferson Science Associates, LLC, DOE-SC için Jefferson Lab’ı yönetir ve işletir.

NS ABD Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi Amerika Birleşik Devletleri’ndeki fizik bilimlerinde temel araştırmaların en büyük destekçisidir ve günümüzün en acil sorunlarından bazılarını ele almak için çalışmaktadır.

.

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.