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Thursday, April 22, 2021

प्रकाश की गति पर परमाणु डार्ट्स फेंकना: भौतिकविदों ने परमाणु नाभिक के एक स्पष्ट दृश्य को प्राप्त करने के लिए कण त्वरक को पलटें

प्रोटॉन क्लाउड्स में बीन्स ऑफ़ आयन्स की शूटिंग

प्रोटॉन बादलों में आयनों की शूटिंग, जैसे कि परमाणु डार्ट्स को प्रकाश की गति से फेंकना, परमाणु संरचना का एक स्पष्ट दृश्य प्रदान कर सकता है। क्रेडिट: जोस-लुइस ओलिवारेस, एमआईटी

प्रोटॉन बादलों में आयनों की शूटिंग बीम शोधकर्ताओं को न्यूट्रॉन सितारों के आंतरिक कामकाज को मैप करने में मदद कर सकती है।

भौतिकविदों पर साथ से और कहीं और प्रोटॉन के बादलों में आयनों के बीम को नष्ट कर रहे हैं – जैसे कि प्रकाश की गति से परमाणु डार्ट्स फेंकना – एक की संरचना का नक्शा बनाना परमाणुका नाभिक।

प्रयोग सामान्य कण त्वरक का एक व्युत्क्रम है, जो अपनी संरचनाओं की जांच करने के लिए परमाणु नाभिक पर इलेक्ट्रॉनों को नुकसान पहुंचाता है। टीम ने एक नाभिक के प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के साथ-साथ इसके कम दूरी के सहसंबद्ध (एसआरसी) जोड़े के बारे में स्पष्ट दृष्टिकोण प्रदान करने के लिए, एक नाभिक के भीतर गन्दा, क्वांटम यांत्रिक प्रभावों को बाहर निकालने के लिए इस “उलटा कीनेमेटिक्स” दृष्टिकोण का उपयोग किया। ये प्रोटॉन या न्यूट्रॉन के जोड़े हैं जो परमाणु पदार्थ के सुपर-घने बूंदों को बनाने के लिए संक्षिप्त रूप से बांधते हैं और न्यूट्रॉन सितारों में अल्ट्रैडेंस वातावरण पर हावी होने के लिए सोचा जाता है।

परिणाम, 29 मार्च 2021 को प्रकाशित हुए प्रकृति भौतिकी, प्रदर्शित करते हैं कि उलटा गतिज विज्ञान का उपयोग अधिक अस्थिर नाभिक की संरचना को चिह्नित करने के लिए किया जा सकता है – आवश्यक सामग्री वैज्ञानिक न्यूट्रॉन सितारों की गतिशीलता और उन प्रक्रियाओं को समझने के लिए उपयोग कर सकते हैं जिनके द्वारा वे भारी तत्व उत्पन्न करते हैं।

“हमने एसआरसी जोड़े का अध्ययन करने के लिए दरवाजा खोला है, न केवल स्थिर नाभिक में, बल्कि न्यूट्रॉन-समृद्ध नाभिक में भी जो पर्यावरण में बहुत अधिक मात्रा में हैं न्यूट्रॉन स्टार विलय, ”MIT में भौतिकी के सहायक प्रोफेसर, सह-लेखक या हेन का अध्ययन करता है। “यह हमें इस तरह के विदेशी खगोल भौतिकी को समझने के करीब पहुंचता है।”

हेन के सह-लेखकों में जूलियन कहलबो और एमआईटी के एफ़्रेन सेगरा, तेल-अवीव विश्वविद्यालय के एली पियासेट्ज़की और रूस के तकनीकी विश्वविद्यालय, न्यूक्लियर रिसर्च (जेआईएनआर) का संयुक्त संस्थान, फ्रेंच वैकल्पिक ऊर्जा और परमाणु ऊर्जा आयोग ( सीईए), और जर्मनी में जीएसआई हेल्महोल्त्ज़ सेंटर फॉर हैवी आयन रिसर्च।

एक उलटा त्वरक

कण त्वरक आमतौर पर इलेक्ट्रॉन के बिखरने के माध्यम से परमाणु संरचनाओं की जांच करते हैं, जिसमें उच्च ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों को लक्ष्य नाभिक के स्थिर बादल पर रखा जाता है। जब एक इलेक्ट्रॉन एक नाभिक से टकराता है, तो यह प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को बाहर निकाल देता है, और इलेक्ट्रॉन प्रक्रिया में ऊर्जा खो देता है। शोधकर्ताओं ने प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की मूल ऊर्जाओं की गणना करने के लिए इस बातचीत से पहले और बाद में इलेक्ट्रॉन बीम की ऊर्जा को मापा।

जबकि इलेक्ट्रॉन बिखरना एक नाभिक की संरचना को फिर से संगठित करने का एक सटीक तरीका है, यह एक मौका का खेल भी है। संभावना है कि एक इलेक्ट्रॉन एक नाभिक को हिट करेगा अपेक्षाकृत कम है, यह देखते हुए कि एक एकल इलेक्ट्रॉन पूरे नाभिक की तुलना में गायब हो जाता है। इस संभावना को बढ़ाने के लिए, बीम को कभी-कभी उच्च इलेक्ट्रॉन घनत्व के साथ लोड किया जाता है।

वैज्ञानिक भी नाभिक की जांच के लिए इलेक्ट्रॉनों के बजाय प्रोटॉन के बीम का उपयोग करते हैं, क्योंकि प्रोटॉन तुलनात्मक रूप से बड़े होते हैं और उनके लक्ष्य को हिट करने की अधिक संभावना होती है। लेकिन प्रोटॉन भी अधिक जटिल होते हैं, और क्वार्क और ग्लून्स से बने होते हैं, जो परस्पर क्रिया नाभिक की अंतिम व्याख्या को खराब कर सकते हैं।

स्पष्ट चित्र प्राप्त करने के लिए, हाल के वर्षों में भौतिकविदों ने पारंपरिक सेटअप को उल्टा कर दिया है: प्रोटॉन के लक्ष्य पर नाभिक, या आयनों के एक बीम का लक्ष्य करके, वैज्ञानिक न केवल सीधे प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को खटखटा सकते हैं, बल्कि मूल की तुलना भी कर सकते हैं अवशिष्ट नाभिक के साथ नाभिक, या परमाणु टुकड़ा, इसके बाद एक लक्ष्य प्रोटॉन के साथ बातचीत की है।

“उल्टे कीनेमेटिक्स के साथ, हम जानते हैं कि जब हम अपने प्रोटॉन और न्यूट्रॉन निकालते हैं, तो वास्तव में नाभिक का क्या होता है,” हेन कहते हैं।

क्वांटम शिफ्टिंग

टीम ने उल्टे कीनेमेटीक्स को अल्ट्राहैग एनर्जी के लिए ले लिया, JINR के कण त्वरक सुविधा का उपयोग कार्बन -12 नाभिक के बीम के साथ प्रोटॉनों के एक स्थिर बादल को लक्षित करने के लिए किया, जो कि उन्होंने 48 बिलियन इलेक्ट्रॉन-वोल्ट पर शूट किया था – ऊर्जा से अधिक परिमाण के आदेश नाभिक में प्राकृतिक रूप से पाया जाता है।

इस तरह की उच्च ऊर्जाओं में, कोई भी नाभिक जो प्रोटॉन के साथ संपर्क करता है, डेटा में बाहर खड़ा होगा, नॉनएक्टेक्टिंग नाभिकों के साथ तुलना में जो बहुत कम ऊर्जा से गुजरता है। इस तरह, शोधकर्ता किसी भी बातचीत को एक नाभिक और एक प्रोटॉन के बीच जल्दी से अलग कर सकते हैं।

इन इंटरैक्शन से, टीम ने अवशिष्ट परमाणु टुकड़ों के माध्यम से उठाया, बोरान -11 की तलाश में – कार्बन -12 का एक विन्यास, एक एकल प्रोटॉन माइनस। यदि एक नाभिक कार्बन -12 के रूप में शुरू हुआ और बोरान -11 के रूप में घाव हुआ, तो इसका मतलब केवल यह हो सकता है कि इसने एक लक्ष्य प्रोटॉन का सामना किया जो एक एकल प्रोटॉन को खटखटाया। यदि लक्ष्य प्रोटॉन एक से अधिक प्रोटॉन से टकराता है, तो यह नाभिक के भीतर क्वांटम यांत्रिक प्रभावों का परिणाम होता जो व्याख्या करना मुश्किल होगा। टीम ने बोरोन -11 को एक स्पष्ट हस्ताक्षर के रूप में अलग किया और किसी भी लाइटर, क्वांटम से प्रभावित टुकड़ों को त्याग दिया।

टीम ने बोरान -11 का उत्पादन करने वाले प्रत्येक इंटरैक्शन के आधार पर मूल कार्बन -12 नाभिक से बाहर निकले प्रोटॉन की ऊर्जा की गणना की। जब वे ऊर्जाओं को एक ग्राफ में सेट करते हैं, तो पैटर्न कार्बन -12 के अच्छी तरह से स्थापित वितरण के साथ बिल्कुल फिट होता है – उल्टे, उच्च-ऊर्जा दृष्टिकोण का एक सत्यापन।

फिर उन्होंने छोटी दूरी के सहसंबद्ध जोड़े पर तकनीक को बदल दिया, यह देखने के लिए कि क्या वे एक जोड़ी में प्रत्येक कण की संबंधित ऊर्जा को फिर से संगठित कर सकते हैं – न्यूट्रॉन सितारों और अन्य न्यूट्रॉन-घने वस्तुओं में गतिशीलता को समझने के लिए मूलभूत जानकारी।

उन्होंने प्रयोग दोहराया और इस बार बोरान -10, कार्बन -12 का एक विन्यास, एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन का विन्यास देखा। बोरॉन -10 का कोई भी पता लगाने का मतलब होगा कि एक कार्बन -12 नाभिक ने एक लक्ष्य प्रोटॉन के साथ बातचीत की, जिसने एक प्रोटॉन और उसके बंधे साथी, एक न्यूट्रॉन को खटखटाया। वैज्ञानिक न्यूट्रॉन की ऊर्जा और मूल SRC जोड़ी की ऊर्जा की गणना करने के लिए लक्ष्य और खटखटाए गए प्रोटॉन दोनों की ऊर्जाओं को माप सकते हैं।

सभी में, शोधकर्ताओं ने 20 एसआरसी इंटरैक्शन का अवलोकन किया और उनमें से कार्बन -12 के एसआरसी ऊर्जा के वितरण को मैप किया, जो पिछले प्रयोगों के साथ अच्छी तरह से फिट हैं। परिणाम बताते हैं कि व्युत्क्रम कीनेमेटीक्स का उपयोग SRC जोड़े को अधिक अस्थिर और यहां तक ​​कि रेडियोधर्मी नाभिक में कई और न्यूट्रॉन के साथ करने के लिए किया जा सकता है।

“जब सब कुछ उल्टा हो जाता है, तो इसका मतलब है कि एक बीम ड्राइविंग ड्राइविंग बहुत कम जीवनकाल के साथ अस्थिर कणों से बना हो सकता है जो एक मिलीसेकंड के लिए रहते हैं,” जूलियन कहलबो कहते हैं, एमआईटी और टेल-एविव विश्वविद्यालय में एक संयुक्त पोस्टडॉक और एक सह-प्रमुख लेखक कागज़। “यह मिलिसकॉन्ड हमारे लिए इसे बनाने के लिए पर्याप्त है, इसे बातचीत करने दो, और इसे जाने दो। इसलिए अब हम सिस्टम में व्यवस्थित रूप से अधिक न्यूट्रॉन जोड़ सकते हैं और देख सकते हैं कि ये एसआरसी कैसे विकसित होते हैं, जो हमें यह बताने में मदद करेगा कि न्यूट्रॉन सितारों में क्या होता है, जो ब्रह्मांड में किसी भी चीज़ की तुलना में कई अधिक न्यूट्रॉन हैं। “

संदर्भ: एम। पाटसयुक, जे। कहलबो, जी। लसकारिस, एम। ड्युएर, वी। लेनिवेंको, ईपी सेगर्रा, टी। एटोवुल्लाव, जी। जोहानसन, टी। ओमन, द्वारा “कार्बन बीम के साथ अप्रकाशित उलटा कीनेमेटिक्स न्यूक्लॉन नॉकआउट माप”। ए। कोर्सी, ओ। हेन, एम। कपिशिन, वी। पैनिन, ई। पियासेट्स्की और द [email protected] सहयोग, 29 मार्च 2021, प्रकृति भौतिकी
DOI: 10.1038 / s41567-021-01193-4

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