Atom çekirdeği alışılmadık bir yerdir. Proton ve nötron içerdiği biliniyor. Bu parçacıklar veya
Güçlü etkileşimin gizemleri,Bu parçacıkların hareketini belirler, bilim adamlarını atomun içinde neler olduğunu anlamak için yeni yollar aramaya zorlar. Fizikçiler ayna atomları kullanan yeni bir yöntem buldular ve protonların diğer protonlarla ve nötronların da diğer nötronlarla beklenenden daha sık çarpıştığını buldular.
Güçlü etkileşim nedir?
Güçlü nükleer kuvvet bunlardan biridir.yerçekimi, elektromanyetizma ve zayıf etkileşim ile birlikte temel etkileşimler. En iyi kuantum düzeyinde incelenir. Kuarklar (maddeyi oluşturan temel parçacıklar) ve gluonlar (güçlü etkileşimin kütlesiz taşıyıcıları) arasındaki etkileşim, kuantum renk dinamiği ile tanımlanır.
Bilim insanları her kuarkınBelirli bir kuantum yükünün taşıyıcısı. Buna renk denir, ancak bu, optik özelliklerle hiçbir ilgisi olmayan geleneksel bir terimdir. Ayrıca karmaşık 3 boyutlu renk uzayında tanımlı bir durum vektörüne sahiptir.
Güçlü etkileşim, içinde bulunulan bir süreçtir.kuarklar, gluon tarafından taşınan yükü (renk) değiştirir. Elektromanyetik etkileşimde benzersiz olan ve kendi yükü olmayan fotonun aksine, her bir gluon belirli bir renk taşır. Araştırmacılar, farklı yüklere sahip bu tür parçacıkların sekiz türünü tanımlar.
Güçlü etkileşim şeması. Resim: Manisharth, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons aracılığıyla
Adından da anlaşılacağı gibi güçlü kuvveten güçlüsüdür, ancak yalnızca kısa mesafelerde etki eder, atom çekirdeğinin boyutuyla karşılaştırılabilir veya daha küçüktür. Bu etkileşimin şaşırtıcı bir özelliği, kuarklar arasındaki mesafe arttıkça artması, azaldıkça zayıflamasıdır.
Bu etki hapsetmeye neden olur - kuarkların hadronların (bileşik parçacıklar) içinde kilitlenmesi. Bu nedenle, bir kuark boş uzayda var olamaz, sadece daha karmaşık parçacıkların bir parçası olarak var olabilir.
Enerji etkisi altında iki kuark arasındaki etkileşimin bozulması, yeni bir kuark ve antikuark çiftinin doğmasına yol açar. Animasyon: Manishearth, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons aracılığıyla
Güçlü kuvvet parçacık fiziğinde en iyi geliştirilmiş teori olmasına rağmen, hadronlar ve nükleonlar (protonlar ve nötronlar) gibi bileşik parçacıkların etkileşimlerini hesaplamak çok zordur.
Nükleonların etkileşimi nasıl ölçülür?
Bir atomun (solda) ve helyum-4'ün (sağda) koşullu modeli. Gri renk elektron bulutudur, büyütülmüş görüntü çekirdeği göstermektedir. Sağ resim: Kullanıcı: Yzmo, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons aracılığıyla
Atom çekirdekleri genellikle yoğun olarak tasvir edilir.proton ve nötron kümeleri birbirine yapışmış durumda, ama aslında bu nükleonlar sürekli birbirlerinin etrafında dönüyorlar. Aynı zamanda çarpışırlar ve tekrar saçılırlar, ancak güçlü etkileşimin “elastik bandında” geri dönerler. Çoğu çekirdekte, bilim adamları, nükleonların yaşamlarının yaklaşık %20'sini bu çarpışmaların neden olduğu yüksek momentumlu uyarılmış durumlarda geçirdiğini tahmin ediyor.
Fiziksel setin doğru yorumlanmasıBüyük Hadron Çarpıştırıcısı ve diğer parçacık hızlandırıcılarında yürütülenler gibi deneyler, bilim adamlarının bu tür çarpışmaları ne kadar iyi anladıklarına bağlıdır.
Fizikçiler bunları incelemek için üzerinde çalışıyorlar.Yüksek enerjili elektron ışınlarına sahip atom çekirdekleri. Bir elektronun, atom çekirdeğinin pozitif yüklü bir protonuyla çarpıştığında hangi enerjiyle ve hangi yönde hareket etmeye başladığını ölçerseniz, ne kadar hızlı hareket ettiğini belirleyebilirsiniz.
Ayrıca yüksek yüklü bir elektronunGüçlü etkileşimi kırmak ve "uyarılmış" protonu atom çekirdeğinden dışarı atmak için yeterli momentum. Bağlantıyı koparma sürecinde, bazı durumlarda, "ortağı", en son karşılaştığı ve güçlü bir etkileşimle bağlandığı parçacık olan peşinden atılır.
Fizikçiler klasik deneylerdenükleonların çekirdeğin atomlarında nasıl etkileştiğini belirlemek için bu tür "fırlatılan" iki proton veya bir proton ve bir nötron çiftlerini saymak. 12 nükleonlu karbondan 208'e kadar çeşitli atomların çekirdeklerinin elektronlarla ışınlandığı deneyler, yaklaşık olarak aynı dağılımı gösterdi: tüm çarpışmaların neredeyse% 95'i proton-nötron çiftlerinde ve% 5'i özdeş nükleonlar arasındaki etkileşimde.
Bu yöntemin dezavantajı, böyle birHer iki parçacığın da çekirdekten yayıldığı kesin çarpışmalar oldukça nadirdir ve diğer faktörler atomlardaki parçacıkları etkileyebilir. Bu nedenle, ölçümler çok az veri içerir ve sonuçlar yüksek hataya sahiptir.
Ayna çekirdekleriyle yapılan deney neyi gösterdi?
Bu sınırlamayı aşmak için bilim insanları şöyle bir çözüm buldu:yeni yöntem. “Ayna” atom çekirdeklerini ışınlamaya karar verdiler. Bir helyum-3 atomu (helyumun kararlı bir izotopu), trityum (bir hidrojen izotopu) ile aynı sayıda nükleon içerir. Ancak ilk durumda çekirdek iki proton ve bir nötrondan oluşuyorsa, ikinci durumda her şey tam tersidir.
Bilim insanları şunu fark etti ki eğer bunların her biriatomlar, o zaman nükleon kümelerindeki fark, atom çekirdeğindeki protonların ve nötronların birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini daha doğru bir şekilde belirlemeye yardımcı olacaktır. Yeni deneyde, öncekilere göre çok daha fazla veri toplamak mümkün oldu, çünkü analiz nadir görülen üçlü tesadüf olaylarını gerektirmiyordu, her iki uyarılmış parçacığın da çekirdekten uçması yeterliydi;
Araştırmacılar yeni yöntemin arttığını bildirdiölçüm doğruluğu 10 kez. Bununla birlikte, basit atomlardaki nükleonların etkileşimlerinin, önceki deneylerde test edilen karmaşık olanlardan çok farklı olacağını beklemiyorlardı.
Geçenlerde dergide yayınlanan bir makaledeDoğa, fizikçiler, özdeş parçacıklar (proton-proton ve nötron-nötron çarpışmaları) arasındaki etkileşimlerin oranının çok daha yüksek olduğunu bildiriyor: yaklaşık %20.
Önemli ölçüde daha doğru ölçümler almak istedik, ancak bunların çok farklı olmasını beklemiyorduk.
John Arrington, Berkeley Lab araştırmacısı ve yeni bir makalenin ortak yazarı
Sırada ne var?
Araştırmacılar, aradaki farkınparçacıkların etkileşimi tam olarak çekirdeğin boyutuyla açıklanabilir. Arrington, ana saçılma süreçlerinin - diğerleriyle çarpışırken parçacıkların hareket yönündeki değişikliklerin - proton ve nötron çiftleriyle meydana geldiğini söyledi. Ancak ışınlama sırasında, saçılmaya neden olabilecek ve tüm nükleon tiplerini etkileyebilecek başka nedenler de vardır.
Örneğin, bunlar arasındaki mesafeye bağlı olabilir.Hafif çekirdeklerde ağır çekirdeklere göre daha büyük parçacıklar bulunur. Bu hipotezi doğrulamak veya alternatif bir açıklama bulmak için bilim insanları diğer hafif atomlarla da benzer deneyler yapmayı planlıyor.
Etkileşimden sorumlu ilkeleri anlamakkompozit parçacıklar sadece teorik değil, aynı zamanda pratik açıdan da ilgi çekicidir. Bu ayrıntılar, kuarklar, gluonlar ve nötrinolar gibi diğer temel parçacıklar üzerindeki yüksek enerjili deneylerde veri analizi için önemlidir. Ek olarak, nötron yıldızlarını oluşturan nükleonların etkileşimini açıklayan bu süreçlerdir.
Daha fazla oku:
Mars'ın yeraltı kısmının ilk görüntüleri bilim insanlarını şaşırttı
Dünya'dan 12 milyar ışıkyılı uzaklıkta bulunan bir galaksi, bir Einstein halkasına 'kıvrılmış'
Mars'taki bitki, ortalama bir ağaç oranında oksijen üretir