janvier 28, 2023

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Les noyaux lourds changent de forme à différentes énergies

Newswise – Un nouveau document de recherche met en lumière la nature des noyaux atomiques.

Tout dans l’univers, des plus grandes galaxies aux atomes individuels, est régi par quatre forces fondamentales qui, ensemble, décrivent comment les particules interagissent les unes avec les autres et façonnent le monde tel que nous le connaissons. Ceux-ci incluent l’électromagnétisme, la gravité, les forces nucléaires fortes et faibles.

Suite à une étude récente du Laboratoire national d’Argonne du Département américain de l’énergie (DOE) et de l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill, les chercheurs font un pas de plus vers la compréhension de la force nucléaire forte, l’une des forces les plus mystérieuses au monde.

Plus de 50% des procédures médicales dans les hôpitaux impliquent aujourd’hui des armes nucléaires isotopes. Et la plupart de ceux isotopes Ils ont été découverts lors de recherches fondamentales comme nous le faisons maintenant. » – Robert Janssens, professeur à l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill

Leur travail s’appuie sur les théories fondamentales des structures atomiques qui ont vu le jour avec la physicienne Maria Joppert-Mayer, lauréate du prix Nobel d’Argonne, au début des années 1960. Aide au développement d’un modèle mathématique d’une structure noyaux. Son modèle expliquait pourquoi un certain nombre de protons et de neutrons dans le noyau d’un atome le rendait si stable – un phénomène qui avait intrigué les scientifiques pendant un certain temps.

L’équipe de recherche a déjà mené des expériences similaires pour étudier la force nucléaire forte en examinant comment la structure d’un noyau peut changer lorsqu’il est produit dans un état excité par une réaction nucléaire. Ces expériences et d’autres menées ailleurs les ont amenés à étudier le nickel-64, qui contient 64 neutrons et protons. Ce noyau est le noyau de nickel stable le plus lourd, avec 28 protons et 36 neutrons. Cet isotope du nickel a des propriétés qui permettent à sa structure de changer lorsqu’il est excité par des états d’énergie plus élevés.

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Pour leur expérience, l’équipe a utilisé le système d’accélérateur Argonne Tandem Linac, une installation utilisateur du Bureau des sciences du ministère de l’Énergie, pour accélérer un échantillon de Ni-64. noyaux vers la cible de la balle. Les atomes de plomb ont pu exciter le Ni-64 noyaux Par les forces électromagnétiques résultant de la répulsion entre les protons du plomb et les protons du nickel.

Le processus est similaire à mettre un sac de pop-corn au micro-ondes. Au fur et à mesure que les granulés chauffent, ils commencent à apparaître sous différentes formes et tailles. Le pop-corn qui sort du micro-ondes est différent de ce qui y entre et, plus important encore, les grains ont changé de forme en raison de l’énergie qui leur est appliquée.

Après Ni-64 noyaux Ils étaient excités, lorsqu’un instrument appelé GRETINA a détecté des rayons gamma émis noyaux revenu à son état d’origine. Un autre détecteur, appelé CHICO2, a déterminé l’orientation des particules impliquées dans la réaction. Les données obtenues par les détecteurs ont permis à l’équipe de déterminer la forme – ou les formes – que prenait le Ni-64 lorsqu’il était excité.

De l’analyse des données, il a été conclu que le Ni-64 noyaux Excité par les interactions avec le plomb a également changé sa forme. Mais au lieu d’apparaître sous les formes pelucheuses familières, le noyau atomique sphérique du nickel s’est transformé en l’une des deux formes en fonction de la quantité d’énergie qui lui est appliquée : aplati, comme une poignée de porte, ou élargi, comme un ballon de football. Ce constat est inhabituel pour un poids lourd noyaux Comme le Ni-64, qui se compose de nombreux protons et neutrons.

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« Un modèle est une image de la réalité et c’est un modèle valide seulement s’il peut expliquer ce qui était connu auparavant, et s’il a un certain pouvoir prédictif », a déclaré Robert Janssens, professeur à l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill et co- auteur du papier. « Nous étudions la nature et le comportement noyaux Améliorer en permanence nos modèles actuels de la force nucléaire forte.

En fin de compte, les chercheurs espèrent que leurs découvertes dans le Ni-64 et les zones environnantes s’y tiendront noyaux Il peut jeter les bases de futures découvertes pratiques dans le domaine des sciences nucléaires, telles que l’énergie nucléaire, l’astrophysique et la médecine. Plus de 50% des procédures médicales dans les hôpitaux impliquent aujourd’hui des armes nucléaires isotopesdit Janssens. Et la plupart de ceux isotopes Ils ont été découverts lors de recherches fondamentales comme nous le faisons maintenant. »

document basé sur la recherche, « Excitation coulombienne en plusieurs étapes 64Ni : forme de coexistence et nature de l’excitation bas spin« , a rapporté en octobre dans la revue Physical Review C. Ce travail faisait partie du projet de thèse de doctorat de David Little, étudiant à l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill. A. Daniel Ayangeakaa et Robert Janssens ont dirigé l’effort de l’UNC, et Michael Carpenter a dirigé l’équipe d’Argonne.

Cette recherche a été parrainée par le Bureau de physique nucléaire du Département de l’énergie et la National Science Foundation.

Laboratoire National d’Argonne Cherche à trouver des solutions aux problèmes nationaux pressants dans le domaine de la science et de la technologie. Premier laboratoire national du pays, Argonne mène des recherches révolutionnaires en sciences fondamentales et appliquées dans presque toutes les disciplines scientifiques. Les chercheurs d’Argonne travaillent en étroite collaboration avec des chercheurs de centaines d’entreprises, d’universités et d’agences fédérales, étatiques et municipales pour les aider à résoudre leurs problèmes spécifiques, faire progresser le leadership scientifique américain et préparer la nation à un avenir meilleur. Avec des employés de plus de 60 pays, Argonne est dirigée par UChicago Argonne, LLC à Bureau des sciences du département américain de l’énergie.

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Bureau des sciences du département américain de l’énergie C’est le plus grand soutien de la recherche fondamentale en sciences physiques aux États-Unis et s’efforce de relever certains des défis les plus urgents de notre époque. Pour plus d’informations, visitez https://energy.gov/science.