Verken het buitenaardse nucleaire landschap en de kosmische implicaties ervan

Onderzoekers van de Universiteit van Peking in China zijn erin geslaagd het ongrijpbare getal 0 waar te nemen₂⁺ Een staat van ⁸Hij onthulde een nieuwe clusterstructuur met twee paar sterk gebonden neutronen. Deze ontdekking geeft inzicht in vreemde nucleaire structuren en hun mogelijke implicaties voor het begrijpen van neutronensterren. De resultaten worden gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven.

Het traditionele nucleaire natuurkundemodel gaat uit van een beeld van één deeltje waarin nucleonen, protonen en neutronen onafhankelijk binnen de kern bewegen en een goed gedefinieerde schilstructuur vormen. Geleid door het gemiddelde potentieel dat wordt gegenereerd door kernkrachten, vullen nucleonen verschillende energieniveaus of granaten, wat resulteert in de verhoogde stabiliteit die gepaard gaat met magische getallen.

Dit model, geworteld in de kwantummechanica, verklaart met succes de nucleaire structuur en stabiliteit, maar wordt geconfronteerd met beperkingen bij het omgaan met exotische kernen, vooral die die neutronenrijk en onstabiel zijn.

De eerste auteur van het onderzoek, professor Zhihong Yang, legde de motivaties van het team uit aan Phys.org en zei: “Als kernfysici is een van onze belangrijkste doelen het begrijpen van de structuur van de kern en hoe deze voortkomt uit complexe nucleaire interacties tussen de samenstellende nucleonen. .”

Van bijzonder belang is de condensaatachtige clusterstructuur in de neutronenrijke kern ⁸Hij.

“Theoretisch is een condensaatachtige clustertoestand voorspeld, bestaande uit één alfagroep plus twee neutronenclusters in de neutronenrijke kern.” ⁸“Maar experimentele observatie is ongrijpbaar gebleven vanwege de moeilijkheid om deze vreemde clustertoestand te produceren en te identificeren,” zei professor Yang.

Clustertoestanden en resonantietoestanden ⁸Hij

De bovengenoemde clustertoestand verwijst naar een specifieke nucleaire configuratie in de neutronenrijke kern ⁸Hij.

In dit geval combineren twee paren sterk gebonden neutronen, bekend als dineutronenclusters, zich met een alfagroep (vier heliumkernen), waardoor wat de onderzoekers omschrijven als een 'condensaatachtige clusterstructuur' ontstaat.

De term ‘condensaatachtig’ is vergelijkbaar met Bose-Einstein-condensaten (BEC’s), een toestand van materie die ontstaat bij extreem lage temperaturen.

In BEC's bevinden deeltjes zoals atomen zich in dezelfde kwantumtoestand en vertonen ze collectief gedrag. Zo ook qua context ⁸In het geval van bulk geeft de term aan dat de twee groepen deneutronen en de alfagroep gezamenlijk bijdragen aan de nucleaire structuur.

Dyneutrongroepen worden aangegeven als 0₂⁺waarbij “0” de spinvalentie aangeeft (in dit geval spin 0), “2” de energietoestand vertegenwoordigt en “+” pariteit (positief) is.

Om de theoretische toestand te observeren, voerde het onderzoeksteam een ​​nucleair dispersie-experiment uit in het RIKEN Nishina Center in Japan. Deze experimentele onderneming is bedoeld om de staat van het theoretische cluster daarin te onderzoeken en nauwkeurig te onderzoeken ⁸Hij.

De nadruk lag op onderscheidende eigenschappen, waaronder de ongrijpbare spinpariteit van de massatoestand, een ongewoon isovolumetrische monopolaire overgangskracht en sterk gecorreleerde emissie van neutronenparen.

“Samen met de modernste theoretische berekeningen leveren onze resultaten sterk bewijs dat de vier valentieneutronen in nul₂⁺ opgewonden toestand ⁸Professor Yanlin Ye, de tweede auteur van het onderzoek, legde uit dat het twee paar sterk gebonden neutronen (neutronenclusters) kan vormen en een vreemde condensaatachtige clusterstructuur kan vormen.

Deze prestatie valideert niet alleen theoretische voorspellingen, maar onderstreept ook de vindingrijkheid die nodig is bij experimenteel ontwerp om door de complexiteit van de kernfysica te navigeren.

Professor Yang zei hierover: “Een directe implicatie van onze bevindingen is dat onstabiele kernen die op de stabiliteitsgrens liggen, vreemde structuren kunnen vertonen die verschillen van traditionele enkel-deeltjes- of schillenmodellen, wat vraagt ​​om verbeterde kernenergie.” Structurele theorieën.”

“Hoewel de kern voornamelijk uit fermionische nucleonen (protonen en neutronen) bestaat, laten onze resultaten bovendien zien dat de structuur van dit nulpunt₂⁺ De bosonische toestand – een clustertoestand vergelijkbaar met de BEC – bestaat echter uit twee groepen neutronen en één alfagroep.

Neutronensterren en pulsars

Waargenomen 0₂⁺ Een staat van ⁸Het heeft implicaties die verder gaan dan de kern- en kwantumfysica. Het is van grote betekenis voor ons begrip van astrofysische verschijnselen, met name het afkoelingsproces van neutronensterren en glitches in pulsars.

Dr. Yang legde de mogelijke relatie uit tussen 0₂⁺ Staats- en neutronensterren. De waargenomen condensaatachtige clusterstructuur komt overeen met het voorgestelde begin van neutronensuperfluïditeit in het binnenste van neutronensterren. Dit fenomeen is vergelijkbaar met de condensatie van Cooper-elektronenparen in supergeleiders.

‘Hoewel we een echte neutronenster niet kunnen bezoeken om de dichte, neutronenrijke materie te achterhalen, kunnen de eigenschappen ervan worden afgeleid uit experimenten met eindige kernen in het laboratorium.’

“De 0₂⁺ De staat, gekenmerkt door zijn unieke clusterconfiguratie, biedt waardevolle inzichten in de vorming van de gecondenseerde toestand van neutronenparen. ‘Belangrijker nog is dat het een voorloper zou kunnen zijn van macroscopische condensaten van neutronenparen in neutronenrijke systemen, waaronder neutronensterren.’

Dit verband tussen kernfysica en astrofysica vergroot niet alleen ons begrip van exotische nucleaire structuren, maar draagt ​​ook bij aan het ontrafelen van de geheimen van kosmische verschijnselen, en werpt licht op de complexe interactie tussen de microscopische wereld van kernen en de macroscopische werelden van neutronensterren en pulsars.

Bij het visualiseren van het pad voorwaarts verwachten onderzoekers de metingen uit te breiden naar andere neutronenrijke kernen die zich rond de neutronendruppellijn bevinden (de bestaansgrens op een nucleair diagram).

“We zijn vooral geïnteresseerd in hoe de condensaatachtige clusterstructuur evolueert met meer binaire neutronenclusters. Het verkennen van systemen die puur uit neutronen bestaan, zoals tetraneutronen en hexaneneutronen, voegt nog meer nieuwsgierigheid toe.”

“Het produceren en identificeren van dergelijke toestanden is een uitdaging, maar de bouw van nieuwe radioactieve ionenbundelfaciliteiten en detectiesystemen over de hele wereld biedt goede kansen”, concludeerde professor Ye.

© 2023 Web van Wetenschap