21. yüzyılın en büyük sorunlarından biri: Big Bang'den sonra elementler nasıl oluştu?
Nükleer fizik alanında uzun süredir devam eden bir gizem şudur: Evren neden çevremizde görülen belirli maddelerden oluşur? Başka bir deyişle, neden "bu" şeylerden oluşur ve başka şeylerden oluşmaz? Nötron yıldızı birleşmesi ve süpernova patlama olayları sırasında meydana geldiği düşünülen ağır elementlerin (altın, platin ve uranyum gibi) üretiminden sorumlu fiziksel süreçler özellikle ilgi çekicidir. ABD Enerji Bakanlığı Argonne Ulusal Laboratuvarı'ndan (DOE) bilim adamları, CERN'de yürütülen uluslararası bir nükleer fizik deneyine liderlik ettiler ve araştırma sonuçları Physical Review Letters dergisinde yayınlandı.
Deney, evrendeki ağır elementlerin doğasını ve kökenini incelemek için Argonne Ulusal Laboratuvarı tarafından geliştirilen yeni teknolojiyi kullanıyor. Bu araştırma, "tuhaf" çekirdekleri birlikte yaratma sürecine ilişkin önemli bilgiler sağlayabilir ve yıldız olayları ve erken evren modellerini bilgilendirecektir. İşbirliğine katılan nükleer fizikçi, kurşundan daha az proton ve nükleer fizik alanındaki "sihirli sayı" olan 126'dan fazla çekirdek içeren bir nötron kabuğu yapısını ilk gözlemleyen oldu. Bu sihirli sayılar altında (8, 20, 28, 50 ve 126 normal değerler), çekirdeğin kararlılığı, tıpkı bir inert gazın kapalı bir elektron kabuğuna yaptığı gibi artırılır.
126 sihirli sayıyı aşan nötron sayılarına sahip çekirdekler, üretilmeleri zor olduğu için büyük ölçüde tespit edilememiştir. Evrende birçok ağır element üreten hızlı nötron yakalama sürecini veya r sürecini anlamak için davranışlarının anlaşılması çok önemlidir. R sürecinin nötron yıldızı birleşmesi veya süpernova gibi aşırı yıldız koşulları altında gerçekleştiği düşünülüyor. Bu nötron açısından zengin ortamlar, çekirdeklerin hızla büyüyebildiği yerlerdir. Bozulma şansı bulamadan yeni ağır elementler üretmek için nötronları yakalarlar.Bu deneyin odak noktası cıva izotopu Hg207'dir.
Hg207 çalışması, komşu öğelerinin doğasını, yani r sürecinin temel yönlerine doğrudan dahil olan çekirdeği ortaya çıkarmaya yardımcı olabilir. Bu araştırmanın baş bilim adamı ve Argonne fizikçisi Ben Kay şunları söyledi: Bu yüzyılın en büyük sorunlarından biri, elementlerin evrenin başlangıcında (Big Bang'den sonra) nasıl oluştuğudur. Çalışmak zor çünkü yapamayız Yeryüzünde bir süpernova kazıldı, bu yüzden bu aşırı ortamları yaratmalı ve bunlarda meydana gelen reaksiyonları incelemeliyiz. Hg207'nin yapısını incelemek için, araştırmacılar ilk olarak İsviçre'nin Cenevre kentinde CERN'nin HIE-Isolde ekipmanını kullandılar.
Resim: CERN'de Isolde solenoid spektrometresinin içi
Yüksek enerjili proton demeti, erimiş bir kurşun hedefe ateşlenir ve sonuçta ortaya çıkan çarpışmalar yüzlerce garip ve radyoaktif izotop üretir. Daha sonra, Hg206'nın çekirdeği diğer parçalardan ayrıldı ve hızlandırıcı tesis tarafından şimdiye kadar elde edilen en yüksek enerji olan en yüksek enerjiye sahip bir çekirdek demeti oluşturmak için CERN'in HIE-Isolde hızlandırıcısını kullandı. Ardından, ışını yeni İzolde Solenoid Spektrometresindeki (ISS) döteryum hedefine odaklayın. Ayrıca bu kalitede cıva atomik ışınları üretip bu kadar yüksek bir enerjiye hızlandırabilecek başka bir ekipman yoktur.
Bu, Uluslararası Uzay İstasyonu'nun mükemmel çözünürlüğü ile birleştiğinde, ilk kez Hg207 heyecanlı durumunun spektrumunu gözlemlememizi sağladı. Uluslararası Uzay İstasyonu, nükleer fizikçiler tarafından nötronları yakalayan ve Hg207 örnekleri haline gelen Hg206 çekirdeklerini tespit etmek için kullanılan, yeni geliştirilmiş bir manyetik spektrometreye sahiptir. Spektrometre solenoid mıknatısı, Avustralya'daki bir hastaneden geri dönüştürülmüş 4 Tesla süper iletken manyetik rezonans mıknatısıdır. CERN'e transfer edildi ve University of Liverpool, University of Manchester, Daresbury Laboratory ve Belçika'daki Leuven Üniversitesi arasındaki Birleşik Krallık öncülüğündeki işbirliği nedeniyle Isolde'ye kuruldu.
Döteryum, nadir görülen ağır bir hidrojen izotopudur.Proton ve nötronlardan oluşur.Hg206 döteryum hedefindeki nötronları yakaladığında, protonlar geri tepecektir. Bu reaksiyonlarda yayılan protonlar Uluslararası Uzay İstasyonu'nun dedektörlerine iletilir ve enerjileri ve konumları, çekirdeğin yapısı ve birbirine nasıl uyduğu hakkında önemli bilgiler üretir. Bu özelliklerin r süreci üzerinde önemli bir etkisi vardır ve sonuçlar nükleer astrofizik modellerinde önemli hesaplamalara rehberlik edebilir.Uluslararası Uzay İstasyonu, Argonne'un seçkin araştırmacısı John Schiff tarafından önerilen öncü bir kavramı kullanır.
Konsept, Uluslararası Uzay İstasyonu spektrometresinin gelişimine ilham veren bir laboratuvar spiral yörünge spektrometresi HELIOS olarak inşa edildi. Bir zamanlar incelenmesi imkansız olan, ancak HELIOS sayesinde nükleer mülklerin keşfi 2008'den beri Argonne'da gerçekleştiriliyor. CERN'deki Isolde tesisi, Argonne'un yapabileceği atomik ışınları desteklemek için atomik ışınlar üretebilir. Geçen yüzyılda nükleer fizikçiler, ağır hedefleri vuran hafif iyon ışınlarının çarpışmasından atom çekirdeği hakkında bilgi toplayabildiler.
Bununla birlikte, ağır bir ışın hafif bir hedefe çarptığında, çarpışmanın fiziksel özellikleri bozulacak ve analiz edilmesi daha zor olacaktır. Argonne'nin HELIOS konsepti bu distorsiyonu ortadan kaldırmak için bir çözümdür.Işın kırılgan bir hedefe çarptığında kinematik değişecek ve ortaya çıkan spektrum sıkıştırılacaktır. Ancak mıknatısın içinde çarpışma meydana geldiğinde, salınan protonlar kinematik sıkıştırmayı ortaya çıkaran matematiksel bir 'numara' yoluyla spiral bir modelde dedektöre doğru hareket eder ve bu da sıkıştırılmamış spektrumun temeldeki nükleer yapıyı ortaya çıkarmasıyla sonuçlanır.
CERN deneysel verilerinin ilk analizi, mevcut nükleer modelin teorik tahminlerini doğruladı.Ekip, nükleer fiziğin bilinmeyen bölgeleri ve r süreci hakkında daha derin bir kavrayışa sahip olmak için bu yeni yetenekleri Hg207 bölgesindeki diğer çekirdekler üzerinde çalışmak için kullanmayı planlıyor.
Brocade | Araştırma / Gönderen: Argonne Ulusal Laboratuvarı
Referans Dergisi "Physics Review Letters"
Brocade Park Bilim, Teknoloji, Bilimsel Araştırma, Popüler Bilim
Takip edin Bokeyuan Daha fazlasını görün Damei Universe Science
