Podwójnie magiczne jądro ołowiu-208 nie jest idealną sferą. To wyzwanie dla teorii fizycznych
Międzynarodowa grupa fizyków pracująca pod kierownictwem Nuclear Physics Group z University of Surrey właśnie obaliła przekonanie, jakoby jądro ołowiu-208 było idealną sferą. Wyniki badań opublikowane na łamach Pysical Review Letters stanową wyzwanie dla założeń dotyczących struktury jądra i mają olbrzymie znaczenie dla naszego rozumienia sposobów powstawania najcięższych pierwiastków.
Ołów-208 to pierwiastek wyjątkowo stabilny, gdyż jego jądro jest podwójnie magiczne. I jest najcięższych podwójnie magicznym jądrem, jakie znamy. Z modelu powłokowego możemy wywnioskować, że te jądra, których powłoki są wypełnione, mają większą energię wiązania, są zatem stabilniejsze niż inne jądra. Liczby protonów i neutronów, dla których powłoki są wypełnione, nazywane są liczbami magicznymi. Obecnie uznane liczby magiczne zarówno dla protonów jak i neutronów to 2, 8, 20, 28, 50, 82 i 126. Jeśli mamy do czynienia z jądrem, dla którego i protony i neutrony występują w liczbie magicznej, mówimy o jądrze podwójnie magicznym. 208Pb ma 82 protony i 126 neutronów.
Nowa badania pokazały, że 208Pb nie jest idealną sferą, a ma nieco wydłużony kształt, przypominający piłkę do rugby. Udało nam się połączyć cztery różne pomiary wykonane za pomocą najbardziej czułych urządzeń na świecie. Dzięki temu dokonaliśmy tej przełomowej obserwacji. To, co zobaczyliśmy, było dla nas zaskoczeniem. Dowiedliśmy, że ołów-208 nie jest sferą, jak naiwnie przypuszczano. Te wyniki rzucają wyzwanie kolegom zajmującym się teorią jądra atomowego. To ekscytujący temat przyszłych badań, mówi doktor Jack Henderson z University of Surrey.
Badacze wykorzystali spektrometr gamma GRETINA z Argonne National Laboratory w USA i zbombardowali atomy ołowiu strumieniem cząstek przyspieszonych do prędkości 10% prędkości światła. W wyniku interakcji jądra atomów ołowiu zostały wzbudzone, co pozwoliło określić ich kształt. Teraz grupa fizyków-teoretyków analizuje modele budowy jądra atomowego, gdyż eksperyment dowiódł, że jego struktura jest bardziej złożona niż sądzono. Eksperyment rzucił nowe światło na zagadnienie, o którym sądziliśmy, ze je dobrze rozumiemy i postawił przed nami nowe wyzwania. Musimy teraz odpowiedzieć na pytanie, dlaczego wyniki eksperymentu są takie, a nie inne. Jedną z możliwości jest stwierdzenie, że wibracje wzbudzonego jądra 208Pb są mniej regularne, niż dotychczas uważaliśmy. Doprecyzowujemy teraz nasze teorie, by sprawdzić, które z hipotez są prawdziwe, wyjaśnia profesor Paul Stevenson.
Komentarze (7)
Jarek Duda, 24 lutego 2025, 17:51
Niestety obecna fizyka jądrowa to jedna wielka heurystyka, praktycznie nic nie potrafią policzyć z praw podstawowych jak QCD, więc nic dziwnego że co chwilę niespodzianki.
Najgorzej chyba z jądrami halo ( https://en.wikipedia.org/wiki/Halo_nucleus ) - niby oddziaływanie jądrowo powinno utrzymywać poniżej 1 fm ( https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_force ), a tu np. lit-11 utrzymuje dwa neutrony przez milisekundy w odległości kilku fm ... https://en.wikipedia.org/wiki/Borromean_nucleus
Co je tam trzyma??? Mainstream nawet nie próbuje odpowiadać ... podejrzewam że QCD flux tubes/struny kwarkowe jako 1D wiry topologiczne ( https://arxiv.org/pdf/2108.07896 ) - prowadząc do np. https://en.wikipedia.org/wiki/Three-body_force
peceed, 28 lutego 2025, 04:54
A jakich nie znamy? Lepiej napisać - zaobserwowano.
Fizycy zajmują się wedle uznania masą intersujących dla nich zagadnień, badań, itd. Dlatego nie do końca rozumiem co kolega uważa za mainstream, chyba że ma się to odnosić do podziału wedle klasyfikacji preprintów: na arxiv i vixra.
Wtedy to co kolega nazywa mainstreamem to inaczej SUKCES!
Nawet kolega się nie zająknął, że badania które komentujemy to 100% mainstream, wysoce kosztowny a finansowany z racji sensowności.
Czyli jakby nie patrzeć pojęcia opracowane przez ten mainstream starający się lepiej zrozumieć siły jądrowe.
Jarek Duda, 28 lutego 2025, 06:50
QCD flux tubes/quark strings były wprowadzone dla oddziaływań między kwarkami (color confinement, asymptotic freedom), oryginalnie zainspirowały teorię strun ( https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_string_theory#1959–1968:_Regge_theory_and_bootstrap_models ).
Ale w takim razie proszę wskaż mi jakiś (nie mój) artykuł proponujący tego typu wytłumaczenie mechanizmu dość stabilnego wiązania halo nukleonów w odległościach kilka razy większej niż oddziaływanie jądrowe?
Są modele efektywne, czytaj: wkładamy rękami że się trzyma, ale nawet pisałem maile do kilku autorów, jeden odpisał: mechanizmu brak.
Mainstream o kwarkach myśli praktycznie tylko dla protonu i neutronu ... praktycznie zapominając o nich dla większych jąder, m.in. dlatego że np. efekt EMC ( https://en.wikipedia.org/wiki/EMC_effect ) pokazuje że struktura kwarków jąder się deformuje - nie wiedzą jak ani dlaczego ...
Traktując poważnie że QCD flux tubes/quark strings to wiry topologiczne (np. https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.88.054504 ), symulacje LHC robi się obecnie głównie string hadronization ( http://www.scholarpedia.org/article/Parton_shower_Monte_Carlo_event_generators#String_model ) - rozpad takiej struny w zderzeniach.
Traktują to tylko efektywnie (przybliżenie perturbacyjne) - używają potencjału takiej struny, ale przechodząc do konfiguracji pól (obraz nieperturbacyjny), dochodzimy do pytania o korespondencję do czego może się rozpaść wir topologiczny vs co obserwują w zderzeniach LHC?
Myśląc o tej korespondencji, wszystko wydaje się zgadzać - np. z jednej strony mogą powstać coraz większe węzły takich 1D obiektów, z drugiej coraz większe jądra - sugerując że pytając się konfiguracje pól jąder, są one węzłami wirów topologicznych - co automatycznie daje m.in. wytłumaczenie dlaczego proton jest lżejszy od neutronu (barion potrzebuje ładunku, neutron musi go skompensować), dalej wiązanie deuteronu ze znanym eksperymentalnie kwadrupolowym momentem elektrycznym (+ - +) ... czy dając mechanizm wiązania nukleonów halo.
peceed, 28 lutego 2025, 07:35
"Mechanizmem" jest chromodynamika kwantowa. Brak nam jedynie efektywnego rozwiązania. Dlatego nie jest żaden fundamentalny problem.
Te slajdy są zupełnie niezrozumiałe - nie ma żadnego wyjaśnienia dlaczego pojawia się taka reprezentacja ani żadnego rozumowania.
Po prostu magicznie pojawiają się objawione obrazki - to nie jest nauka. Nawet gdyby tkwił w tym jakiś sens, to należy jeszcze umieć go przedstawić.
proton? neutron? sugerują jednak jakieś zgadywanki.
Jak wyobraża sobie kolega że ktoś to zobaczy i załapie, a nawet pociągnie dalej, to jest naiwny.
Jarek Duda, 28 lutego 2025, 08:18
To proszę o chociaż szkic mechanizmu wiązana nukleonów halo - względnie stabilnego w odległościach kilka razy większych niż oddziaływanie silne?
QCD flux tubes/quark strings to część chromodynamiki kwantowej i traktowanie ich na poważnie jako wiry topologiczne przynajmniej sugeruje taki mechanizm ... ale nie widziałem nieswoich artykułów które by to sugerowały.
Co do obrazka, w string hadronization np. w LHC taka struna jako wir topologiczny rozpada się do cząstek - więc trzeba znaleźć korespondencję między tym co widzą w LHC, a tym do czego może się rozpaść wir topologiczny ... obrazek jest pod https://arxiv.org/pdf/2108.07896 (więcej strona 12-13), jak ktoś ma lepszy pomysł korespondencji?
Przykładowo barion jako najprostszy węzeł takiej struny kwarkowej - pętla dookoła deformuje konfigurację wewnętrznego wiru topologicznego w stronę ładunku (kwarków): proton zamyka ten ładunek, neutron musi go skompensować (co kosztuje: większa masa), w deuteronie dwa bariony dzielą się jednym ładunkiem (+ - + kwadrupol elektryczny):
ps. Kompatybilna ewoluująca konfiguracja pola zgodna z własnościami elektronu, mechanizm napędzający dyskutowany w https://community.wolfram.com/groups/-/m/t/3398814
l_smolinski, 3 marca 2025, 11:44
No oczywiście, że to jest spartolone jądra mają swoje topologię a co za tym idzie interferujące obiekty wzmacniają lub osłabiają to co nazwaliśmy ładunkiem a więc odległością trzymanych elementów (elementów które przecież też interferują). Problem jest taki, że hamiltonian nie uwzględnia topologii i samym ładunkiem tego się dobrze nie zamodeluje. Potem takie cyrki z braku zaproponowanych mechanizmów.
Co do mechanizmów, które ograły by ten problem halo to z propozycji to taki:
https://www.researchgate.net/publication/369504969_Atomic_Orbitals_Explained_with_Classical_Mechanics
W skrócie, coś tam musi inaczej interferować, a wiec mieć inną topologię, że te ładunki inne i trzymają
l_smolinski, 3 marca 2025, 14:03
Tak, tak ładunek. Co do natury to gluny to ładunek.