Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Một khám phá của một nhóm các nhà vật lý hạt nhân có thể thay đổi cách các nguyên tử được các nhà khoa học hiểu và giúp giải thích các hiện tượng cực đoan ngoài vũ trụ.
Một khám phá của một nhóm các nhà nghiên cứu do các nhà vật lý hạt nhân UMass Lowell dẫn đầu có thể thay đổi cách các nguyên tử được các nhà khoa học hiểu và giúp giải thích các hiện tượng cực đoan ngoài vũ trụ.
Bước đột phá của các nhà nghiên cứu đã tiết lộ rằng một sự đối xứng tồn tại trong lõi của nguyên tử không phải là cơ bản như các nhà khoa học đã tin. Khám phá này làm sáng tỏ các lực lượng hoạt động trong hạt nhân của các nguyên tử, mở ra cánh cửa để hiểu biết nhiều hơn về vũ trụ. Những phát hiện được công bố ngày hôm nay trên tạp chí Nature , một trong những tạp chí khoa học hàng đầu thế giới.
Phát hiện này được thực hiện khi nhóm do UMass Lowell lãnh đạo đang làm việc để xác định cách thức hạt nhân nguyên tử được tạo ra trong vụ nổ tia X – vụ nổ xảy ra trên bề mặt của các ngôi sao neutron, là tàn dư của những ngôi sao khổng lồ ở cuối đời. .
“Chúng tôi đang nghiên cứu những gì xảy ra bên trong hạt nhân của các nguyên tử này để hiểu rõ hơn về các hiện tượng vũ trụ này và cuối cùng, để trả lời một trong những câu hỏi lớn nhất trong khoa học – làm thế nào các nguyên tố hóa học được tạo ra trong vũ trụ”, Andrew Rogers, UMass Lowell – Trợ lý giáo sư vật lý, người đứng đầu nhóm nghiên cứu chia sẻ.
Nghiên cứu được hỗ trợ bởi khoản tài trợ 1,2 triệu đô la từ Bộ Năng lượng Hoa Kỳ cho UMass Lowell và được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Cyclotron siêu dẫn quốc gia (NSCL) tại Đại học bang Michigan. Tại phòng thí nghiệm, các nhà khoa học tạo ra các hạt nhân nguyên tử kỳ lạ để đo các tính chất của chúng để hiểu vai trò của chúng như là các khối vật chất, vũ trụ và của chính sự sống.
Nguyên tử là một số đơn vị nhỏ nhất của vật chất. Mỗi nguyên tử bao gồm các electron quay quanh một hạt nhân nhỏ nằm sâu trong lõi của nó, nơi chứa gần như toàn bộ khối lượng và năng lượng của nó. Hạt nhân nguyên tử gồm có hai hạt gần giống nhau: proton tích điện và neutron không tích điện. Số lượng proton trong hạt nhân xác định nguyên tố nào thuộc về nguyên tử trong bảng tuần hoàn và do đó hóa học của nó. Đồng vị của một nguyên tố có cùng số proton nhưng có số nơtron khác nhau.
Tại NSCL, các hạt nhân được gia tốc tới gần tốc độ ánh sáng và vỡ tan thành các mảnh tạo ra strontium-73 – một đồng vị hiếm không tìm thấy tự nhiên trên Trái đất nhưng có thể tồn tại trong thời gian ngắn trong các vụ nổ tia X hạt nhân dữ dội tại bề mặt của các sao neutron. Đồng vị của strontium này chứa 38 proton và 35 neutron và chỉ sống trong một phần của giây.
Làm việc suốt ngày đêm trong tám ngày, nhóm nghiên cứu đã tạo ra hơn 400 hạt nhân strontium-73 và so sánh chúng với các tính chất đã biết của bromine-73, một đồng vị chứa 35 proton và 38 neutron. Với số lượng proton và neutron hoán đổi cho nhau, hạt nhân brom-73 được coi là “đối tác gương” với hạt nhân strontium-73. Sự đối xứng gương trong hạt nhân tồn tại do sự tương đồng giữa các proton và neutron và làm cơ sở cho sự hiểu biết của các nhà khoa học về vật lý hạt nhân.
Khoảng nửa giờ một lần, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một hạt nhân strontium-73, vận chuyển nó qua thiết bị phân tách đồng vị của NSCL và sau đó đưa hạt nhân dừng lại ở trung tâm của một dãy máy dò phức tạp nơi họ có thể quan sát hành vi của nó. Bằng cách nghiên cứu sự phân rã phóng xạ của các hạt nhân này, các nhà khoa học phát hiện ra rằng strontium-73 hoạt động hoàn toàn khác với brom-73. Phát hiện này đặt ra những câu hỏi mới về lực lượng hạt nhân, theo Rogers.
Strontium-73 và bromine-73 sẽ có cấu trúc giống hệt nhau, nhưng đáng ngạc nhiên là không, chúng tôi đã tìm thấy. Các đối xứng tồn tại trong tự nhiên là một công cụ rất mạnh cho các nhà vật lý. Khi các đối xứng bị phá vỡ, điều đó cho chúng ta biết có gì đó không đúng và chúng ta cần xem xét kỹ hơn.
Theo Daniel Hoff – một cộng tác viên nghiên cứu của UMass Lowell, tác giả chính của bài báo được đăng trên tạp chí Nature đưa ra quan điểm với những gì các nhà khoa học nhìn thấy sẽ thách thức lý thuyết hạt nhân.
“So sánh hạt nhân strontium-73 và bromine-73 giống như nhìn vào gương và không nhận ra chính mình. Một khi chúng tôi tự thuyết phục rằng những gì chúng tôi đang thấy là có thật, chúng tôi rất phấn khích”, Hoff nói.
Cùng với Rogers, cư dân Somerville và Hoff của Medford, nhóm UMass Lowell bao gồm các giảng viên Khoa Vật lý Trợ lý Giáo sư Peter Bender, Giáo sư danh dự CJ Lister và cựu cộng tác viên nghiên cứu UMass Lowell Chris Morse. Sinh viên tốt nghiệp vật lý Emery Doucet của Mason, NH và Sanjanee Waniganeththi của Lowell cũng đóng góp cho dự án.
Là một phần của nghiên cứu của nhóm, các tính toán lý thuyết tiên tiến được thực hiện bởi Simin Wang, một cộng tác viên nghiên cứu tại bang Michigan, và được chỉ đạo bởi Witold Nazarewicz, giáo sư vật lý John A. Hannah của MSU và nhà khoa học trưởng tại Cơ sở cho các chùm đồng vị hiếm (FRIB), sẽ khai trương vào năm tới.
Công trình của các nhà nghiên cứu “cung cấp những hiểu biết độc đáo về cấu trúc của các đồng vị hiếm. Nhưng vẫn còn nhiều việc phải làm. Các cơ sở mới trực tuyến, như FRIB tại MSU sẽ cung cấp những manh mối còn thiếu để hiểu sâu hơn về câu đố đối xứng gương. Nazarewicz rất vui vì các chùm tia kỳ lạ được cung cấp bởi cơ sở của nhóm, thiết bị và lý thuyết độc đáo tính toán có thể đóng góp cho công việc tuyệt vời này.
Kế hoạch cho nhiều thí nghiệm đã được tiến hành khi các nhà nghiên cứu tìm cách tinh chỉnh và xác nhận các quan sát của họ và nghiên cứu các đồng vị này hơn nữa.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Massachusetts Lowell . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :