|
Ο πυρήνας με την πιο πλούσια ποσότητα νετρονίων που μπορεί να
φτιαχτεί στην Γη - ο πυρήνας του ηλίου-8 - έχει δημιουργηθεί, έχει παγιδευτεί και έχει χαρακτηριστεί
από ερευνητές στο Εργαστήριο Argonne. Η νέα αυτή μέτρηση έχει αρκετές συνέπειες
για την
πυρηνική θεωρία και τη μελέτη των άστρων νετρονίων.
 Τα διαγράμματα επεξηγούν την πυρηνική δομή
των τριών μορφών ηλίου
"Τ αποτέλεσμα αυτό θα μας βοηθήσει να εξετάσουμε τις καλύτερες θεωρίες
πυρηνικών δομών που έχουμε, συμπεριλαμβανομένης και της πρόσφατης εργασίας,"
λέει ο φυσικός Peter
Mueller, ο οποίος, μαζί με τον Ibrahim Sulai και άλλους
συναδέλφους τους, χρησιμοποίησε μια καινοτόμο παγίδα λέιζερ
για να περιορίσει μεμονωμένα άτομα ηλίου-8 για να καθορίσει με ακρίβεια την
κατανομή του πυρηνικού φορτίου τους, μια ποσότητα που δείχνει ότι έξι
νετρόνια ενώνονται με δύο πρωτόνια και σχηματίζουν ένα ξεχωριστό πυρήνα.
Αντίθετα από το σταθερό ήλιο, το οποίο έχει συνήθως δύο και περιστασιακά
ένα νετρόνιο που βρίσκονται πολύ κοντά και συμμετρικά με δύο πρωτόνια, τα
ασταθή ισότοπα ήλιο-6 και ήλιο-8 έχουν πρόσθετα νετρόνια
που σχηματίζουν "φωτοστεφάνους" γύρω από το συμπαγή κεντρικό πυρήνα.
Το 2004, η ομάδα του εργαστηρίου Argonne είχε βρει ότι τα δύο πρόσθετα νετρόνια στο
ήλιο-6 διευθετούνται ασυμμετρικά στη μια πλευρά του πυρήνα, μερικά
τρισεκατομμυριοστά του ενός χιλιοστού μακριά από τον πυρήνα.
 Ο
Ibrahim Sulai αριστερά μαζί με τον φυσικό Peter Mueller μπροστά στην
παγίδα με λέιζερ
Στην πρόσφατη μελέτη τους, εντούτοις, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι στο ήλιο-8
τα τέσσερα πρόσθετα νετρόνια ομαδοποιούνται διαφορετικά από ότι στο ήλιο-6. Τα
τέσσερα νετρόνια του ήλιου-8 στο φωτοστέφανο (γύρω από τον παλιό πυρήνα) τακτοποιούνται με
τέτοιο τρόπο γύρω από τον πυρήνα, που αλλάζει τη δυναμική του πυρήνα.
Το ήλιο-6 και το ήλιο-8 είναι και ραδιενεργά και αποσυντίθενται γρήγορα,
περιπλέκοντας τις προσπάθειες να μετρηθούν οι ιδιότητές τους. Το ήλιο-8
έχει χρόνο ημιζωής ένα δέκατο του ενός δευτερολέπτου, που σημαίνει ότι τα
δείγματα του ατόμου πρέπει να μετρηθούν "on-line," ή αμέσως μετά
που παράγονται, και φυσικά δεν είναι και τόσο εύκολο. Οι δε επιστήμονες απαιτούν
υψηλής ισχύος επιταχυντές για να δημιουργήσουν ακόμη και μια μικροσκοπική
ποσότητα αυτών των ατόμων.
Σε αυτό το πείραμα, οι επιστήμονες στο Argonne συνεργάστηκαν με φυσικούς
στο γαλλικό κύκλοτρον GANIL, μία από τις ελάχιστες εγκαταστάσεις που θα μπορούσε να
παραγάγουν μια επαρκή ποσότητα από ήλιο-8. Ακόμα, το ήλιο-8 αντιπροσωπεύει ένα μικρό
μόνο μέρος όλων των ατόμων που το κυκλοτρόνιο παράγει, έτσι οι
επιστήμονες αναγκάστηκαν να βρουν έναν τρόπο να διαχωρίσουν τα άτομα που
ήθελαν από τα
υπόλοιπα, και να παρατηρήσουν έτσι κάθε άτομο ήλιο-8 αρκετό
καιρό για να τα μελετήσουν.
Γι αυτό οι επιστήμονες δημιούργησαν μια "παγίδα
ατόμων" χρησιμοποιώντας έξι ακτίνες λέιζερ για να σταματήσουν τα
άτομα του ηλίου-8. Οι
ακτίνες λέιζερ λειτούργησαν δηλαδή ως φραγμοί ενός μικρού κλουβιού - εάν το άτομο
κινηθεί πάρα πολύ προς τη μια πλευρά, τότε μία από τις ακτίνες θα το ωθούσε
πίσω προς το κέντρο της παγίδας.
Μόλις παγιδεύτηκε το άτομο, οι επιστήμονες το φώτισαν με ένα άλλο ζευγάρι ακτίνων λέιζερ.
Συντονίζοντας τη συχνότητα αυτού του
λέιζερ, κατάφεραν να την ταιριάξουν με τη συχνότητα συντονισμού του ατόμου, αναγκάζοντας
το άτομο
να γίνει αρκετά φωτεινό, για να λένε οι ερευνητές ότι όντως ότι είχαν συλλέξει
το άτομο.
Επειδή η συχνότητα συντονισμού του ατόμου εξαρτάται από την πυρηνική δομή του,
κάθε ισότοπο του ηλίου 'λάμπει' σε μια ελαφρώς διαφορετική συχνότητα. Με τη
βοήθεια ακριβών υπολογισμών της ατομικής θεωρίας οι ερευνητές
ήταν σε θέση να χρησιμοποιήσουν τα στοιχεία της συχνότητας για να
αποκαλύψουν την πυρηνική δομή του ηλίου-8.
|
