FoodPro Preloader

Pear-Shaped Nucleus Boosts Søk etter alternativer til "Standard Model" Physics


En skrå atomkjerne kan bidra til å avgrense atomteorien. Den stubbe pæreformen, beskrevet i dag i naturen , kan også peke mot nye partikkelfysikktyper som kunne avsløre hvorfor saken ble vanligere enn antimateriell i universets tidlige øyeblikk. Nuclei holdes sammen av den sterke atomkraft, som virker mot den elektrostatiske avstøtningen som skyver protoner fra hverandre. Men å

En skrå atomkjerne kan bidra til å avgrense atomteorien. Den stubbe pæreformen, beskrevet i dag i naturen, kan også peke mot nye partikkelfysikktyper som kunne avsløre hvorfor saken ble vanligere enn antimateriell i universets tidlige øyeblikk.

Nuclei holdes sammen av den sterke atomkraft, som virker mot den elektrostatiske avstøtningen som skyver protoner fra hverandre. Men å beregne samspillet mellom disse styrkene fra første prinsipper er komplekst, og teoretikere har i stedet utviklet flere konkurrerende modeller for å beskrive kjernens struktur, basert på empiriske data og forenkling av antagelser. De fleste kjerner er omtrent sfæriske eller rugbyballformede, men modellene antyder at noen idretter en permanent støt, som en pære (og noen kan til og med være formet som bananer eller pyramider). Imidlertid er modellene ikke helt enige om hvilke kjerner som mest sannsynlig vil være pæreformet.

Hittil var det bare én pæreformet kjerne funnet eksperimentelt: radium 226, hvis form ble skissert tilbake i 1993. Den isotopen var relativt lett å jobbe med, fordi den er lang levetid. Andre pineformede pærer er sannsynligvis ustabile og vanskelige å håndtere.

For å lete etter flere pærer slår Peter Butler, en fysiker ved Universitetet i Liverpool, Storbritannia, og hans kollegaer en høy-energiprotonstråle på et stykke urankarbid i ISOLDE-isotopmasseparatoren på CERN, Europas partikkelfysikklaboratorium nær Genève, Sveits. "En hel kittel av isotoper er laget når du splat protoner på målet, " sier Butler. Laget isolerte to arter, radium 224 og radon 220, som de deretter kanaliserte inn i en stråle og rettet mot et annet mål. Når en av disse kjernene hadde et nært møte med en kjerne i målet, kunne det bli spent og begynne å spinne med ekstra energi som den da mistet som en y-ray.

Formen på kjernen påvirker hvor lett det blir spent i nært møte. Data fra y-stråle detektorer viste at radon 220 vibrerer mellom en grov sfære og en skråformet form, men radium 224 er en ekte, fast pære. Ikke en langstrakt konferansepære, mer som en korthalset komice eller Anjou (se video nedenfor).

Kjernefruktkurv
Med to kjente pæreformede kjerner, kan fysikere nå begynne å plage de teoretiske modellene fra hverandre. Klyngemodellen behandler for eksempel pærer som heliumkjerner fast på sidene av vanlige sfærer, og forutsier at de lettere isotoper av radium bør være sterkere pæreformede enn de tyngre. Faktisk viser de nyeste resultatene at radium 224 er mindre ledd enn radium 226, og kaller klyngemodellen i tvil. En annen tilnærming, kalt gjennomsnittlig feltmodell, passer til de observerte dataene nærmere, men ikke perfekt. Slike kjernemodeller kan ikke testes endelig ennå, men Butler og hans lag håper å gjøre det når en høyere energi og intensitetsinnretning som heter HIE-ISOLDE åpner på CERN i 2015.

En annen studie, ut denne uken i Physical Review Letters, fremhever hvordan forskjellige matematiske modeller trengs for å gripe med ulike typer kjerner. På ISOLDE analyserte et team ledet av Deyan Yordanov, en fysiker ved Max Planck-instituttet for kjernefysikk i Heidelberg, Tyskland, spektret av ultrafiolett lys som ble utgitt av kadmiumioner, som er subtilt påvirket av formen av kjernen.

Kadmiumkjerner er nesten sfæriske, men laget fant at små deformasjoner kan forutses nøyaktig ved en modell som beskriver kjerner som bygget opp fra en serie skaller. Butler sier at typen enkel beskrivelse ikke virker for sin pæreformede radium.

Enda mer fristende kunne forsøkene sonde grunnleggende fysikk. Standardmodellen for partikkelfysikk, som beskriver de sterke og svake atomkraftene og den elektromagnetiske kraften, etterlater flere grunnleggende spørsmål ubesvarte. For eksempel kan det ikke fullt ut forklare hvorfor det er mer saken enn antimatter i universet. Hvis materiell og antimateri oppførte seg på samme måte, ville de nesten helt utryddet hverandre i løpet av de første par sekunder av Big Bang, og etterlot lite, men stråling bak.

Ulike ideer som foreslås for å erstatte standardmodellen, kan ta hensyn til saksforstyrrelsen. De forutsier også at noen kjerner skal generere et svakt elektrisk dipolfelt som ligner magnetfeltet på en stempelmagnet. Hvis det er slik, bør pæreformede kjerner ha de sterkeste elektriske dipolene, og måling av disse kan hjelpe forskerne til å velge mellom de ulike modellene. Det siste resultatet bekrefter at radiumisotoper bør være et godt sted å lete etter elektriske dipoler, og at noen isotoper av thorium og uran kan være enda bedre.

"Jeg tror at dette til slutt vil føre til resultater av mye bredere innflytelse enn dette eksperimentet alene, med muligheten for å sette begrensninger på standardmodellen, sier kjernefysiker Gavin Smith fra University of Manchester, Storbritannia, som ikke er medlem av Butlers team.

Denne artikkelen er reprodusert med tillatelse fra bladet Nature . Artikkelen ble først publisert 8. mai 2013.

Forskere til EPA: Risikoen for kjemikalier som endrer mannlige hormoner, bør analyseres sammenKan et tall løse klimaendringene?Hvorfor du bør gi opp (noen) kontroll av termostaten dinGjelder den foreslåtte loven om beskyttelse mot husholdningsbrensel en forbruk på forbrukerne?Kutter Loom for amerikansk vitenskapKina Sacks Plastic BagsGjennomsiktighet lovet for vitenskapens mest misbrukte og mest villige metriskeEn matematisk guide til verdens mest levende byer