انقلاب در فیزیک هستهای با کشف عدد جادویی جدید
دانشمندان در گامی بزرگ برای درک ساختار هستهای، با بررسی ایزوتوپ ناپایدار سیلیکون-۲۲، موفق به شناسایی یک عدد جادویی جدید برای پروتونها شدند
در یک پیشرفت مهم در حوزه فیزیک هستهای، پژوهشگران مؤسسه فیزیک مدرن (IMP) وابسته به آکادمی علوم چین موفق شدند برای نخستینبار جرم ایزوتوپ بسیار ناپایدار سیلیکون-۲۲ را با دقت بالا اندازهگیری کنند.
به گزارش science tech daily این اندازهگیری نشان داد که عدد ۱۴ برای تعداد پروتونها میتواند بهعنوان یک «عدد جادویی» جدید در نظر گرفته شود؛ مفهومی که به پایداری خاص هستههای اتمی اشاره دارد و میتواند به بازنگری در مدلهای موجود از ساختار هستهای منجر شود.
عدد جادویی چیست؟
در فیزیک هستهای «اعداد جادویی» به تعداد مشخصی از پروتونها یا نوترونها در یک هسته اتمی گفته میشود که موجب افزایش پایداری آن هسته میشوند. تاکنون اعدادی همچون ۲، ۸، ۲۰، ۲۸، ۵۰، ۸۲ و ۱۲۶ بهعنوان اعداد جادویی شناخته شدهاند. این مفهوم در دهه ۱۹۵۰ توسط ماریا گوپرت-مایر و هانس جنسن از طریق مدل لایهای هسته تبیین شد و جایزه نوبل فیزیک را برای آنها به ارمغان آورد.
با این حال، شناخت ما از این پدیده بیشتر بر پایه ایزوتوپهای پایدار و دارای عمر زیاد بوده و درباره ایزوتوپهای ناپایدار و کوتاهعمر، همچنان پرسشهای بسیاری وجود دارد. ایزوتوپهایی مانند سیلیکون-۲۲ که در شرایط شدید و ناپایدار شکل میگیرند، اطلاعات ارزشمندی درباره چگونگی رفتار نیروهای هستهای در مرزهای پایدار ماده به دانشمندان ارائه میدهند.
تأیید یک پیشبینی نظری
تا پیش از این، مشخص شده بود که عدد نوترونی ۱۴ در ایزوتوپ اکسیژن-۲۲ (با ۸ پروتون و ۱۴ نوترون) ویژگیهای عدد جادویی را نشان میدهد. بر اساس تقارن آینهای هستهای، پیشبینی شده بود که در ایزوتوپ آینهای سیلیکون-۲۲ (با ۱۴ پروتون و ۸ نوترون) عدد پروتونی ۱۴ نیز رفتاری مشابه از خود نشان خواهد داد. با این حال، بهدلیل دشواری بسیار زیاد در تولید و اندازهگیری چنین ایزوتوپ ناپایداری، این پیشبینی تاکنون تأیید نشده بود.
اکنون محققان با استفاده از طیفسنجی جرمی پیشرفته مبتنی بر روش ایزکرونی (Isochronous Mass Spectrometry) در حلقه ذخیرهسازی مرکز تحقیقات یونهای سنگین در لانژو، موفق شدند جرم حالت پایه سیلیکون-۲۲ را با دقت بیسابقهای اندازهگیری کنند.
نتایج این پژوهش نشان داد که انرژی جدایش دو پروتون در سیلیکون-۲۲ مثبت است؛ به این معنا که این ایزوتوپ بهطور خودبهخودی دو پروتون از دست نمیدهد. این کشف بهصورت قطعی ثابت میکند که سیلیکون-۲۲ یک هسته در مرز پایداری پروتونی (proton drip-line) است، اما دچار پرتوزایی دو پروتونی نمیشود؛ موضوعی که سالها در حوزه فیزیک هستهای مورد بحث بوده است.
علاوه بر آن، محققان با بهرهگیری از مقدار جرم جدید، انرژی جفتشدگی پروتونی در سیلیکون-۲۲ را محاسبه کرده و آن را با انرژی جفتشدگی نوترونی در اکسیژن-۲۲ مقایسه کردند. نتایج این مقایسه نشان داد که عدد پروتونی ۱۴ نیز همانند عدد نوترونی ۱۴، رفتاری شبیه عدد جادویی دارد. این یافته با استفاده از مدل شل گاموف (Gamow Shell Model) نیز تأیید شد.
گرچه هر دو ایزوتوپ سیلیکون-۲۲ و اکسیژن-۲۲ دارای ویژگیهای «دو عدد جادویی» هستند، بررسیهای بیشتر نشان داد که توزیع فضایی پروتونها در سیلیکون-۲۲ نسبت به توزیع نوترونها در اکسیژن-۲۲ گستردهتر است و اندکی عدم تقارن در این آینهسازی هستهای وجود دارد.
گامی به سوی درک عمیقتر ساختار ماده
این پژوهش که نتایج آن در مجله معتبر Physical Review Letters منتشر شده است، درک ما از ساختارهای هستهای عجیب و ناپایدار را عمیقتر میکند و بینشی تازه درباره رفتار نیروهای بنیادی در دل اتمها و پدیدار شدن ایزوتوپهای بسیار نادر ارائه میدهد.
انتهای پیام/
