Harta deformării nucleare ia forma unui peisaj montan

Peisaj de deformare a miezului nichel-64. Minimele prolate locale, aplatizate și minimul sferic principal sunt indicate respectiv de elipsoide roșii, verzi și albastre. Credit: IFJ PAN

Până de curând, oamenii de știință credeau că numai nucleele foarte masive ar fi putut excita stări de rotire zero de stabilitate crescută cu o formă semnificativ distorsionată. Între timp, o echipă internațională de cercetători români, francezi, italieni, americani și polonezi a arătat în ultimul lor articol că astfel de state există și în miezuri de nichel mult mai ușoare. O verificare pozitivă a modelului teoretic utilizat în aceste experimente face posibilă descrierea proprietăților nucleelor ​​care nu sunt disponibile în laboratoarele terestre.

Mai mult de 99,9 la sută din masa unui atom provine din nucleul atomic, al cărui volum este de peste o trilion de ori mai mic decât volumul întregului atom. Prin urmare, nucleul atomic are o densitate uimitoare de aproximativ 150 de milioane de tone pe centimetru cub. Aceasta înseamnă că o lingură de material nuclear cântărește aproape la fel de mult ca un kilometru cub de apă. În ciuda dimensiunilor lor foarte mici și densității incredibile, nucleele atomice sunt structuri complexe formate din protoni și neutroni.

Se poate aștepta întotdeauna ca aceste obiecte extrem de dense să capete o formă sferică. În realitate, însă, situația este destul de diferită: majoritatea nucleelor ​​sunt deformate – prezintă o formă aplatizată sau alungită de-a lungul uneia sau chiar a două axe, simultan. Pentru a găsi forma preferată a unui nucleu dat, este obișnuit să construim un peisaj cu energie potențială în funcție de tulpină.

Se poate vizualiza un astfel de peisaj desenând o hartă pe care coordonatele plane sunt parametrii de deformare, adică gradele de alungire sau aplatizare de-a lungul celor două axe, în timp ce culoarea indică cantitatea de energia necesară pentru a aduce nucleul la o formă dată. O astfel de hartă este o analogie completă cu o hartă geografică a terenului montan.

READ  Ce planetă extremă a fost descoperită

Dacă se formează un nucleu în reacția nucleară, acesta apare la un moment dat în peisaj – este necesară o deformare specifică. Apoi începe să alunece (schimbarea tensiunii) către cel mai mic punct de energie (tensiune stabilă). Cu toate acestea, în unele cazuri, înainte de a ajunge la starea de bază, poate fi oprit pentru o vreme într-un minim local, o capcană, care corespunde unei tulpini metastabile. Acest lucru este foarte asemănător cu apa care țâșnește într-un anumit loc din zona montană și curge în jos. Înainte de a ajunge în valea inferioară, poate fi prins în depresiunile locale pentru o perioadă de timp. Dacă un pârâu conectează depresiunea locală la cel mai jos punct din peisaj, apa va curge în jos. Dacă depresiunea este bine izolată, apa va rămâne acolo o perioadă foarte lungă de timp.

Experimentele au arătat că minimele locale din peisajul de deformare nucleară cu spin zero există doar în nuclee masive cu numere atomice mai mari de 89 (actiniu) și un număr total de protoni și neutroni cu mult peste 200. Acești nuclei pot fi prinși în aceste minime secundare cu tulpina metastabilă pentru o perioadă chiar de zeci de milioane de ori mai mare decât timpul necesar pentru a ajunge la starea fundamentală fără a fi încetinit de capcană.

Până acum câțiva ani, o stare de centrifugare excitată asociată cu tulpina metastabilă nu a fost niciodată observată printre nucleele elementelor mai ușoare. Situația s-a schimbat în urmă cu câțiva ani când o stare cu o deformare mare caracterizată prin stabilitate crescută a fost găsită în nichel-66, nucleul cu 28 de protoni și 38 de neutroni. Această identificare a fost stimulată de calculele efectuate cu modelul sofisticat de coajă Monte Carlo dezvoltat de teoreticienii de la Universitatea din Tokyo, care a prezis această capcană de tulpină.

READ  5 superstiții legate de eclipsa de Lună

Calculele făcute de colegii noștri japonezi au oferit, de asemenea, un alt rezultat neașteptat, spune profesorul Bogdan Fornal (IFJ PAN). Au arătat că o depresiune locală profundă (capcană) asociată cu o deformare semnificativă ar trebui să fie prezentă și în peisajul energetic potențial al nichelului-64, nucleul cu doi neutroni mai puțin decât nichelul-66, care până acum era considerat a avea un singur minim cu o formă sferică. Problema a fost că în nichel-64 scăderea a fost prezisă la o energie de excitație ridicată – la mare altitudine în analogia terenului montan – și a fost extrem de dificil să se găsească o metodă experimentală pentru a plasa nucleul în aceasta. capcană.

A avut loc un tur de forță care implică patru experimente complementare, realizate în comun de o colaborare condusă de experimentatori din România (IFIN-HH în București), Franța (Institut Laue-Langevin, Grenoble), Italia (Universitatea din Milano) , Statele Unite (Universitatea din Carolina de Nord și TUNL) și Polonia (IFJ PAN, Cracovia). Măsurătorile au fost efectuate în patru laboratoare diferite din Europa și Statele Unite: Institut Laue-Langevin (Grenoble, Franța), IFIN-HH Tandem Laboratory (România), Argonne National Laboratory (Chicago, SUA) și Triangle Universities Nuclear Laboratory ( TUNL, North Carolina, Statele Unite). Au fost utilizate diferite mecanisme de reacție, inclusiv transferul de protoni și neutroni, captarea termică a neutronilor, excitația Coulomb și fluorescența prin rezonanță nucleară, în combinație cu tehnici avansate de detectare a razelor gamma.

Toate datele au permis stabilirea existenței a două minime secundare în peisajul energetic potențial al nichelului 64, corespunzător formelor elipsoidale aplatizate (aplatizate) și alungite (alungite), prolatul fiind profund și bine izolat ca indică tranziția semnificativ întârziată la minimul sferic principal.

READ  Copiii crescuți în țară sunt mai sănătoși. Iată de ce aveți nevoie ...

„Prelungirea timpului pe care nucleul îl petrece atunci când este prins în minimul prolat al nucleului Ni-64 nu este la fel de dramatic ca cel al nucleelor ​​grele, unde ajunge la zeci de milioane de ori. Am înregistrat creșterea doar de câteva zeci de ori; Cu toate acestea, faptul că această creștere este apropiată de cea oferită de noul model teoretic este un mare succes ”, declară profesorul Fornal.

Un rezultat deosebit de valoros al studiului este identificarea unei componente până acum nevăzute a forței care acționează între nucleoni în sistemele nucleare complexe, așa-numitul monopol tensor, care este responsabil pentru peisajul multifacetic al deformării. izotopi de nichel. Oamenii de știință se așteaptă ca această interacțiune să fie în mare parte responsabilă pentru formarea structurii multor nuclee care încă nu au fost descoperite.

Într-o perspectivă mai largă, sondajul prezentat indică faptul că abordarea teoretică aplicată aici, fiind capabilă să prezică în mod adecvat caracteristicile unice ale nucleelor ​​de nichel, are un mare potențial de a descrie proprietățile a sute de sisteme nucleare care nu sunt accesibile. în laboratorul de pe Pământ astăzi, dar continuu produs în stele.

Referință: „Coexistența formelor cu rotire zero în 64Ni Driven by the Monopole Tensor Interaction ”de N. Mărginean și colab., 2 septembrie 2020, Scrisori de examinare fizică.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.102502

Finanțare: EU H2020 ENSAR2, Italian Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Polish National Science Center, FNRS, Romanian Nuclear Project, US Department of Energy, Office of Science, Office of Nuclear Physics, National Science Foundation, ONR, NARC.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *