Poznaj obcy krajobraz nuklearny i jego kosmiczne implikacje

Naukowcom z Uniwersytetu Pekińskiego w Chinach udało się zaobserwować nieuchwytną liczbę 0₂⁺ Stan ⁸Odkrył nową strukturę klastrów zawierającą dwie pary silnie związanych neutronów. Odkrycie to zapewnia wgląd w dziwne struktury jądrowe i ich potencjalne konsekwencje dla zrozumienia gwiazd neutronowych. Wyniki publikowane są w Listy z przeglądu fizycznego.

Tradycyjny model fizyki jądrowej zakłada obraz pojedynczej cząstki, w którym nukleony, protony i neutrony poruszają się niezależnie w jądrze, tworząc dobrze określoną strukturę powłoki. Regulowane przez średni potencjał generowany przez siły nuklearne, nukleony wypełniają różne poziomy energii lub powłoki, co skutkuje zwiększoną stabilnością związaną z liczbami magicznymi.

Model ten, zakorzeniony w mechanice kwantowej, z powodzeniem wyjaśnia strukturę i stabilność jądra, napotyka jednak ograniczenia w przypadku jąder egzotycznych, szczególnie tych bogatych w neutrony i niestabilnych.

Pierwszy autor badania, profesor Zhihong Yang, wyjaśnił motywacje zespołu na stronie Phys.org, mówiąc: „Jako fizycy jądrowi jednym z naszych głównych celów jest zrozumienie struktury jądra oraz tego, w jaki sposób powstaje ono w wyniku złożonych interakcji jądrowych pomiędzy składowymi nukleonami .”

Szczególnie interesująca jest przypominająca kondensat struktura klastrów w jądrze bogatym w neutrony ⁸On.

„Teoretycznie przewidziano stan klastra przypominający kondensat, składający się z jednej grupy alfa i dwóch klastrów neutronów w jądrze bogatym w neutrony”. ⁸„Jednak obserwacje eksperymentalne pozostały nieuchwytne ze względu na trudności w wytworzeniu i zidentyfikowaniu tego dziwnego stanu gromady” – powiedział profesor Yang.

Stany skupień i stany rezonansowe ⁸On

Wspomniany stan klastra odnosi się do specyficznej konfiguracji jądrowej w jądrze bogatym w neutrony ⁸On.

W tym przypadku dwie pary silnie związanych neutronów, zwane klastrami dineutronów, łączą się z grupą alfa (cztery jądra helu), tworząc coś, co naukowcy opisują jako „strukturę klastrów przypominającą kondensat”.

Termin „kondensat podobny” jest podobny do kondensatów Bosego-Einsteina (BEC), czyli stanu materii, który powstaje w ekstremalnie niskich temperaturach.

W BEC cząstki takie jak atomy zajmują ten sam stan kwantowy i wykazują zbiorowe zachowanie. Podobnie w kontekście ⁸W przypadku masy termin ten wskazuje, że dwie grupy deneutronów i grupa alfa wspólnie tworzą strukturę jądrową.

Grupy dyneutronowe są oznaczone jako 0₂⁺gdzie „0” oznacza wartościowość spinu (w tym przypadku spin 0), „2” oznacza stan energetyczny, a „+” to parzystość (dodatnia).

Aby obserwować stan teoretyczny, zespół badawczy przeprowadził eksperyment dyspersji jądrowej w ośrodku RIKEN Nishina w Japonii. To eksperymentalne przedsięwzięcie ma na celu zbadanie i analizę stanu klastra teoretycznego w jego obrębie ⁸On.

Skupiono się na charakterystycznych właściwościach, w tym na nieuchwytnej parzystości spinu stanu masy, niezwykle izowolumetrycznej monopolarnej sile przejścia i silnie skorelowanej emisji par neutronów.

„Wraz z najnowocześniejszymi obliczeniami teoretycznymi nasze wyniki dostarczają mocnych dowodów na to, że cztery neutrony walencyjne w zera₂⁺ stan podniecenia ⁸Profesor Yanlin Ye, drugi autor badania, wyjaśnił, że może on tworzyć dwie pary silnie związanych neutronów (gromady neutronów) i tworzyć dziwną strukturę klastrową przypominającą kondensat.

To osiągnięcie nie tylko potwierdza przewidywania teoretyczne, ale także podkreśla pomysłowość wymaganą przy projektowaniu eksperymentów, aby poruszać się po złożoności fizyki jądrowej.

Mówiąc o tym, profesor Yang powiedział: „Jedną z bezpośrednich konsekwencji naszych odkryć jest to, że niestabilne jądra znajdujące się na granicy stabilności mogą wykazywać dziwne struktury, różniące się od tradycyjnych modeli pojedynczych cząstek lub powłok, co wymaga udoskonalenia energii jądrowej”. Teorie strukturalne.”

„Co więcej, chociaż jądro składa się głównie z nukleonów fermionowych (protonów i neutronów), nasze wyniki pokazują, że struktura tego zera₂⁺ Jednakże stan bozonowy – stan klasterowy podobny do BEC – składa się z dwóch grup neutronów i jednej grupy alfa.

Gwiazdy neutronowe i pulsary

Zaobserwowano 0₂⁺ Stan ⁸Ma to konsekwencje wykraczające poza fizykę jądrową i kwantową. Ma to ogromne znaczenie dla naszego zrozumienia zjawisk astrofizycznych, w szczególności procesu chłodzenia gwiazd neutronowych i zakłóceń w pulsarach.

Dr Yang wyjaśnił możliwy związek pomiędzy 0₂⁺ Gwiazdy stanowe i neutronowe. Zaobserwowana struktura gromady przypominająca kondensat jest zgodna z proponowanym początkiem nadciekłości neutronów we wnętrzach gwiazd neutronowych. Zjawisko to przypomina kondensację par elektronów Coopera w nadprzewodnikach.

„Chociaż nie możemy odwiedzić prawdziwej gwiazdy neutronowej, aby uzyskać jej gęstą, bogatą w neutrony materię, jej właściwości można wywnioskować z eksperymentów na skończonych jądrach w laboratorium”.

„0₂⁺ Stan charakteryzujący się unikalną konfiguracją klastrów zapewnia cenny wgląd w powstawanie stanu skondensowanego par neutronów. „Co ważniejsze, może to być stan prekursorowy makroskopowych kondensatów par neutronów w układach bogatych w neutrony, w tym w gwiazdach neutronowych”.

To powiązanie fizyki jądrowej z astrofizyką nie tylko pogłębia naszą wiedzę na temat egzotycznych struktur jądrowych, ale także przyczynia się do odkrycia tajemnic zjawisk kosmicznych, rzucając światło na złożoną interakcję pomiędzy mikroskopijnym światem jąder a makroskopowym światem gwiazd neutronowych i pulsarów.

Wyobrażając sobie dalszą ścieżkę, badacze spodziewają się rozszerzyć pomiary, aby uwzględnić inne jądra bogate w neutrony, zlokalizowane wokół linii kroplowej neutronów (granica istnienia na diagramie jądrowym).

„Jesteśmy szczególnie zainteresowani ewolucją struktury klastrów przypominającej kondensat w przypadku większej liczby podwójnych klastrów neutronów. Badanie układów zbudowanych wyłącznie z neutronów, takich jak tetraneutrony i heksaneutrony, dodaje dodatkowej ciekawości”.

„Wytwarzanie i identyfikacja takich stanów stanowi wyzwanie, ale budowa nowych obiektów wykorzystujących wiązkę jonów radioaktywnych i systemów detekcji na całym świecie oferuje duże możliwości” – podsumował profesor Ye.