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.
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.
« 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.
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.
La production de céramiques et d’alliages à point de fusion extrêmement élevé pour les applications de moteurs et de corps de fusée nécessite souvent des températures non seulement très élevées, mais également parfaitement soutenues et uniformes. Un nouveau réacteur prétend pouvoir répondre à ces normes strictes grâce à une configuration à base de fibre de carbone qui produit du plasma avec des températures allant jusqu’à 8 000 K sur plusieurs centimètres cubes et qui est également stable pendant 10 minutes.
Le plasma stable, familier des enseignes au néon et des téléviseurs, exploite des pressions extrêmement basses, où la tension appliquée enlève les électrons du gaz, qui se précipitent ensuite vers l’électrode positive. Cependant, la faible masse des électrons signifie que même à des vitesses élevées, ils n’ont pas l’impulsion nécessaire pour influencer les réactions chimiques. Comme la vitesse des ions restants change peu, la température du gaz lui-même reste basse.
Pour générer un plasma à haute température, des pressions plus élevées sont nécessaires, de sorte que les collisions entre ions étroitement emballés augmentent leur vitesse. À l’aide d’une pointe pointue autour de laquelle focaliser un champ électrique, des filaments de plasma peuvent être créés à la pression atmosphérique en fournissant un chemin privilégié aux électrons – le principe derrière les paratonnerres. Cependant, ici, la température n’augmente que sur la longueur du filament. La différence de température entre les filaments du plasma et le gaz environnant rend ce plasma très instable.
« Ce que nous faisons ici, c’est une combinaison des deux », explique Liangping Hu, de l’Université du Maryland. « Nous avons des pointes donc nous avons une température élevée, mais elles se soutiennent donc nous avons de la stabilité. »
Les chercheurs ont utilisé des fibres de carbone de chaque côté d’une cavité à plasma à pression atmosphérique. Certaines fibres de carbone tissées dans le feutre sont naturellement plates tandis que d’autres tiennent debout. Ces faisceaux de fibres courtes et droites sont essentiels à la stabilité du plasma, fournissant efficacement un réseau de paratonnerres afin que les filaments de plasma de chacun d’eux convergent, donnant une température très uniforme et élevée.
«Nous avons eu de la chance», déclare Ji-Cheng Zhao, également du Maryland. Monde de la chimie, qui met en valeur l’excellente conductivité thermique de la fibre de carbone, qui évacue efficacement la chaleur. « Même si la température du plasma est de 8 000 degrés Celsius, nous ne brûlons pas la pointe comme un fou : nous pouvons garder le plasma allumé pendant 10 minutes. »
Comme il le souligne, les gens savent depuis longtemps que les conseils sont utiles lors de la création de plasma. Les scientifiques ont également tenté de créer des sous-structures dans l’espoir de produire l’effet que l’équipe américaine a désormais obtenu. Cependant, force est de constater qu’aucun d’entre eux n’a tenté d’utiliser le carbone, qui s’est avéré être l’élément magique. Le carbone retient beaucoup moins étroitement les électrons que les métaux, de sorte que le potentiel d’émission est plus faible et qu’il présente l’une des températures de fusion les plus élevées parmi les matériaux connus – même si le carbone doit être brûlé à des températures de plasma extrêmement élevées, il survit grâce à sa chaleur élevée. Livraison. Même les longues fibres rebelles perpendiculaires à la surface du feutre jouent un rôle utile lors du démarrage du plasma. « L’essentiel est d’utiliser ces matrices de carbone », explique Hu. « Cela a pratiquement résolu tous les problèmes. »
Lakshminarayana Rao de l’Institut indien des sciences, qui a également étudié les moyens d’exploiter le plasma mais n’a pas participé à ces recherches, a souligné l’utilité de ce développement. « Les plasmas thermiques ont une densité d’énergie élevée qui facilite les processus et le traitement des matériaux à des températures extrêmement élevées, conduisant à l’invention et aux tests de nouveaux matériaux. »
Les chercheurs ont déjà utilisé cette configuration pour fabriquer du carbonitrure de hafnium – « le matériau au point de fusion le plus élevé prévu à partir des premiers principes », souligne Zhao, et donc utile pour divers moteurs hautes performances et même des fusées. Les chercheurs ont également pu activer et désactiver le plasma, ce qui leur a permis d’exploiter cette configuration pour fabriquer un verre amorphe d’oxyde de magnésium, malgré son point de fusion très élevé de 2 850 degrés Celsius.
Ils étudient actuellement si le réacteur pourrait être utilisé pour détruire ce que l’on appelle les « produits chimiques éternels » ou PFAS. Bien que la taille de leur réacteur soit limitée par l’alimentation électrique du laboratoire, les chercheurs pensent qu’avec plus de puissance, ils pourraient l’augmenter de plusieurs centimètres carrés de largeur et de plusieurs dizaines de millimètres de profondeur.
Il est seul dans le système solaire externe gelé. Le samedi 9 décembre, la comète la plus célèbre de tous les temps, 1P/Halley, franchit une étape importante dans son voyage de 75 ans à travers le système solaire, atteignant l’apogée, ou le point le plus éloigné du soleil.
Comète maintenant
On pourrait dire que décembre 2023 marque le point médian entre la fin de 1986 et la prochaine apparition de la comète en 2061.
Personne n’a vu la comète de Halley depuis Le très grand télescope de l’Observatoire européen austral Elle a été photographiée il y a une génération, en 2003. À cette époque, elle mesurait 28 unités astronomiques (UA) à une magnitude de +28.
Le moment exact de l’apogée se produit à 1h00 Temps universel (TU) le 9 décembre (20h00 HNE le vendredi soir 8). À ce stade, la comète de Halley se trouvera à 35,14 unités astronomiques (environ 3,3 milliards de milles ou 5,3 milliards de kilomètres) du Soleil.
Cela place la comète en dehors de l’orbite de Neptune, brillant à une magnitude de +35 dans la constellation méridionale de l’Hydre. La comète se déplacera également à sa vitesse la plus lente, à 0,91 kilomètre par seconde, ou 2 000 milles par heure, par rapport au Soleil.
L’emplacement actuel de la comète de Halley dans le ciel. (stellarium)
Cela place la comète hors de portée des grands télescopes amateurs ou même professionnels. Au moment de la rédaction de cet article, la NASA n’avait pas annoncé son intention d’imager Halley à son apogée avec Hubble ou le télescope spatial James Webb. Il y aurait certainement peu d’avantages scientifiques à cela, si ce n’est de pousser les télescopes spatiaux dans leurs retranchements.
« J’ai jeté un coup d’œil rapide aux programmes HST et JWST approuvés et je n’en vois aucun qui envisage d’observer la comète de Halley, que ce soit par imagerie ou par spectroscopie. » Christine Bolam (Institut scientifique du télescope spatial de la NASA) a déclaré à Universe Today.
Une brève histoire de la comète de Halley
La comète de Halley a certainement marqué l’histoire. Sir Edmund Halley a remarqué pour la première fois les apparitions fréquentes de la comète en 1696 et a lié une apparition à une autre. Halley a prédit avec succès le retour de la comète qui porte aujourd’hui son nom en 1758, bien qu’il n’ait pas vécu assez longtemps pour la voir.
Le « 1P » dans son nom fait référence au fait que la comète de Halley a été la première comète périodique découverte. Les comètes périodiques ont des orbites inférieures à 200 ans. À ce jour, il existe 472 comètes périodiques connues. À mesure que les études du ciel s’approfondissent sur l’échelle de taille, nous découvrons des comètes périodiques de plus faible luminosité et, très probablement, nous avons trouvé toutes les « grandes » comètes.
Notes chinoises La comète de Halley Cela remonte à 467 avant JC. L’apparition de la comète en 1066 a été largement observée dans le monde entier. Son apparition a été considérée comme un présage précédant la mort du roi Harold II à la bataille d’Hastings et l’ascension de Guillaume le Conquérant au trône.
Une anecdote (peut-être apocryphe) affirme que le pape Callixte III « Disqualifié« La comète sert d’avertissement contre l’empiétement de l’Empire ottoman sur l’Europe de l’Est.
L’écrivain américain Mark Twain est également célèbre pour la comète de Halley. Twain est né en 1835 lors de l’apparition d’une comète, et Attendez-vous à ce que ça passe La prochaine comète apparaissant en 1910. (Alerte spoiler : c’est le cas.)
Apparitions modernes
En parlant de cela, l’attente pour la comète de Halley cette année-là a été éclipsée par l’une des plus grandes comètes du 20e siècle : Grande comète de 1910.
En fait, ceux qui se souviennent de la comète de Halley en 1910 ont peut-être vu la grande comète quelques mois plus tôt. La découverte de gaz cyanogène toxique dans la queue de la comète grâce à la spectroscopie moderne a déclenché la Grande Peur des Comètes de 1910.
Malheureusement, l’apparition de Halley en 1986 a été quelque peu décevante, apparaissant basse au sud à l’aube. Cependant, trois missions spatiales ont été envoyées à Halley, la toute première rencontre avec une comète. Ces véhicules étaient les Vega 1 et 2 de l’Union soviétique et le Gioto de l’Agence spatiale européenne.
Mission Giotto de l’ESA vers la comète de Halley. (Agence spatiale européenne)
Deux pluies de météores annuelles sont également associées à Halley : avril et mai, Eta Aquaridus et… Orionide d’octobre.
Assis à la surface de la comète de Halley ce week-end, le Soleil se lèvera à -19 degrés. C’est seulement environ 250 fois plus lumineux que la pleine lune.
La comète de Halley dans les années à venir
De notre point de vue terrestre, la comète passera les prochaines décennies dans la constellation de l’Hydre et du Canis Minor. La comète passera près de l’étoile brillante Procyon en 2050.
La comète de Halley atteindra ensuite son périhélie le 28 juillet 2061 et pourrait dépasser les magnitudes négatives dans les mois suivants. En septembre 2061, Halley apparaîtra basse au nord-ouest au crépuscule pour les observateurs de l’hémisphère Nord.
Maintenant, tout vient d’ici. La comète de Halley sera à nouveau récupérée au cours de la prochaine décennie, conduisant à son apparition en 2061. Voyons, d’ici là, je serai…
Les modules Zarya de fabrication russe (à gauche) et les modules Unity de fabrication américaine sont couplés.
Crédit : NASA
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