以光速投掷核镖:物理学家翻转粒子加速器,以获得更清晰的原子核视图

在质子云中拍摄离子束

在质子云处拍摄离子的射束,如在光速投掷核镖,可以提供更清晰的核结构视图。信用:何塞 - 路易斯奥利维拉斯,麻省理工学院

在质子云处的离子射频可以帮助研究人员映射中子恒星的内部工作。

物理学家麻省理工学院在射击速度的质子般的质子般的质子掷镖镖的离子爆炸梁 - 以绘制的结构原子核心。

实验是通常的颗粒促进剂的反演,原子核在原子核中突出的是它们的结构。该团队使用这种“逆运动学”方法来筛选核心内的凌乱,量子力学影响,提供核心质子和中子的清晰视图,以及其短距离相关(SRC)对。这些是对形状或中子的成对,简要结合形成超密集的核物质液滴,并且被认为是在中子恒星中占据主导地位的超声环境。

结果,发表于2021年3月29日,自然物理,证明了逆运动学可以用来表征更不稳定的原子核的结构——科学家可以利用这些基本成分来理解中子星的动力学和它们产生重元素的过程。

“我们开设了学习SRC对的门,不仅在稳定的核中,而且还在中子核心中,这些核心在环境中非常丰富中子星合并,“在麻省理工学院的物理学助理教授学习学习或母鸡。“让我们更接近了解这种异国情调的天体物理现象。”

Hen’s co-authors include Jullian Kahlbow and Efrain Segarra of MIT, Eli Piasetzky of Tel-Aviv University, and researchers from Technical University of Darmstadt, the Joint Institute for Nuclear Research (JINR) in Russia, the French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA), and the GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research in Germany.

倒置加速器

粒子加速器通常通过电子散射探测核结构,高能电子被发射到静止的目标核云上。当电子撞击原子核时,它会击出质子和中子,在这个过程中电子会失去能量。研究人员测量了这种相互作用前后电子束的能量,以计算被踢走的质子和中子的原始能量。

虽然电子散射是重建原子核结构的一种精确方法,但它也是一种机会游戏。一个电子撞击一个原子核的概率是相对较低的,因为一个电子相对于整个原子核来说很小。为了增加这种可能性,光束被加载了越来越高的电子密度。

科学家们还使用质子的光束而不是电子对探针核,因为质子较大,并且更可能击中它们的目标。但质子也更复杂,并且由夸克和泡沫制成,其相互作用可以浑浊,可以浑浊本身的最终解释。

要获得更清晰的图片,近年来的物理学家倒了传统的设置:通过瞄准核,或离子,在质子的目标,科学家不仅直接测量淘汰的质子和中子,还可以比较原来的核与残留核,或核碎片与靶质子相互作用。

“倒置的运动学,当我们去除质子和中子时,我们确切地知道核心发生了什么,”母鸡说。

量子筛选

The team took this inverted kinematics approach to ultrahigh energies, using JINR’s particle accelerator facility to target a stationary cloud of protons with a beam of carbon-12 nuclei, which they shot out at 48 billion electron-volts — orders of magnitude higher than the energies found naturally in nuclei.

在如此高的能量,与质子相互作用的任何核聚素都会在数据中脱颖而出,而与通过低于较低的能量的非交互核聚体相比。通过这种方式,研究人员可以快速分离核和质子之间发生的任何相互作用。

从这些互动中,球队通过残留的核碎片挑选,寻找硼-11 - 一种碳-12的配置,减去单个质子。如果核开始作为碳-12并以硼-11卷绕,则只能意味着它以敲出单个质子的方式遇到了目标质子。如果目标质子敲出多于一个质子,则它将是核心内核心的量子力学效应的结果是难以解释的。该团队将硼-11隔离为清晰的签名,并丢弃任何较轻,量化的碎片。

该团队基于产生硼-11的每种相互作用,计算出敲除原始碳-12核的质子的能量。当它们将能量设置为曲线图时,图案完全适合碳-12的良好的分布 - 倒置,高能量方法的验证。

然后,它们在短距离相关对上转动了技术,希望看到它们可以在一对基本信息中重建每个粒子的各个能量,以便最终理解中子恒星和其他中子密度的动态。

他们重复了实验,这次寻找硼-10,碳-12的配置,减去质子和中子。硼-10的任何检测都意味着碳-12核与靶质子相互作用,敲出质子和其结合的伴侣中子。科学家可以测量目标和敲除质子的能量来计算中子的能量和原始SRC对的能量。

总而言之,研究人员观察了20个SRC相互作用,并从它们映射碳-12的SRC能量分布,这与先前的实验相适合。结果表明,逆运动学可用于在更不稳定甚至放射性核中表征SRC对,甚至是放射性核的许多中子。

“当一切倒置时,这意味着横穿射频可以由不稳定的颗粒制成,这是一个毫秒的寿命非常短的颗粒,”麻省理工学院和特拉维夫大学的联合博士和一个共同领导作者本文。“那毫秒为我们创建它,让它互动,让它走。因此,现在我们可以系统地向系统添加更多中子,看看这些SRCS如何发展,这将有助于我们告知中子恒星会发生的事情,这些星星在宇宙中有更多的中子。“

Reference: “Unperturbed inverse kinematics nucleon knockout measurements with a carbon beam” by M. Patsyuk, J. Kahlbow, G. Laskaris, M. Duer, V. Lenivenko, E. P. Segarra, T. Atovullaev, G. Johansson, T. Aumann, A. Corsi, O. Hen, M. Kapishin, V. Panin, E. Piasetzky and The[电子邮件受保护]协作,2021年3月29日,自然物理
DOI:10.1038 / S41567-021-01193-4

1条评论“以光速投掷核镖:物理学家翻转粒子加速器获得更清晰的原子核视图”

  1. 可以建议一个过程。CERN的实验性显示质子的内部结构是为了将原子构造到轨道电子。可以为中子绘制的结论,为任何原子的NeCleus绘制。在速度下吞咽电子淋浴的方法。光是肥沃的,以确定necleus的结构。

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