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

向质子云发射离子束

向质子云发射离子束,就像以光速投掷核飞镖一样,可以提供更清晰的原子核结构。来源:麻省理工学院,何塞-路易斯·奥利瓦雷斯

向质子云发射离子束可能有助于研究人员绘制中子星内部的工作原理。

物理学家们麻省理工学院而在其他地方,人们正用离子束向质子云喷射离子束,就像以光速投掷核飞镖一样——以绘制出一个原子的细胞核。

这个实验是普通粒子加速器的反转,通常粒子加速器向原子核投掷电子以探测其结构。研究小组使用这种“逆运动学”方法来筛选原子核中混乱的、量子力学的影响,从而提供原子核中的质子和中子,以及它的短程相关(SRC)对的清晰视图。这些是质子或中子对,它们短暂地结合在一起,形成超高密度的核物质液滴,被认为是中子星中超高密度环境的主要组成部分。

研究结果于2021年3月29日发表自然物理学据证明,逆运动学可用于表征更不稳定的核心基本成分的结构,科学家可以用来了解中子恒星的动态和它们产生重量的过程。

“我们为SRC对的研究打开了大门,不仅在稳定核中,也在富含中子的核中,这些核在类似环境中非常丰富中子星该研究的合著者或麻省理工学院物理学助理教授亨说。“这让我们更接近于理解这种奇异的天体物理现象。”

Hen的合著者包括麻省理工学院的Jullian Kahlbow和Efrain Segarra,特拉维夫大学的Eli Piasetzky,以及来自达姆施塔特技术大学、俄罗斯核研究联合研究所(JINR)、法国替代能源和原子能委员会(CEA)的研究人员,以及德国GSI亥姆霍兹重离子研究中心。

倒置的加速器

粒子促进剂通常通过电子散射探测核结构,其中高能量​​电子被束在靶核的固定云处。当电子击中核时,它敲出质子和中子,并且电子在过程中失去了能量。研究人员在这种相互作用之前和之后测量电子束的能量,以计算被踢开的质子和中子的原始能量。

虽然电子散射是重建核结构的精确方式,但它也是一个机会游戏。电子将咬合核的概率相对较低,因为与整个核相比,单个电子逐渐消失。为了提高这种概率,梁被加载到更高的电子密度。

科学家们还使用质子束而不是电子束来探测原子核,因为质子相对更大,更有可能击中目标。但质子也更复杂,它是由夸克和胶子组成的,它们之间的相互作用可能会混淆对原子核本身的最终解释。

为了获得更清晰的图像,物理学家们近年来颠倒了传统的设置:通过将一束原子核或离子束对准质子的目标,科学家不仅可以直接测量被敲掉的质子和中子,还可以将原始核与与目标质子相互作用后的剩余核或核碎片进行比较。

“通过反向运动学,我们确切地知道当我们移走原子核的质子和中子时会发生什么,”亨说。

量子筛选

研究小组采用了这种反运动学方法来研究超高能量,利用JINR的粒子加速器设备瞄准了一个静止的质子云,它带有一束碳-12原子核,他们发射出480亿电子伏——比自然存在于原子核中的能量高几个数量级。

在如此高的能量下,任何与质子相互作用的核子都会在数据中脱颖而出,相比之下,那些通过的非相互作用核子能量要低得多。通过这种方法,研究人员可以迅速分离出原子核和质子之间发生的任何相互作用。

从这些相互作用中,研究小组挑选了剩余的核碎片,寻找硼-11——碳-12的结构,减去一个质子。如果一个原子核一开始是碳-12,最后变成硼-11,这只能意味着它遇到一个目标质子时,撞掉了一个质子。如果目标质子击昏了一个以上的质子,这将是很难解释的原子核内量子力学效应的结果。该团队分离出硼-11作为一个清晰的标记,并丢弃了任何较轻的、受量子影响的碎片。

根据产生硼-11的每次相互作用,研究小组计算出了从原碳-12原子核中敲出质子的能量。当他们将能量放入图表时,这种模式与碳-12的既定分布完全吻合——这是一种反向的高能方法的验证。

然后,他们将这项技术应用到短程相关对上,看看它们能否重建成对中每个粒子的各自能量——这是最终理解中子星和其他中子密度物体动力学的基本信息。

他们重复了这个实验,这次寻找的是硼-10,碳-12的结构,减去一个质子和一个中子。任何对硼-10的探测都意味着一个碳-12原子核会与一个目标质子相互作用,从而使一个质子和它的结合伙伴,一个中子发生碰撞。科学家们可以测量目标和被撞击质子的能量,以计算中子的能量和原始SRC对的能量。

总的来说,研究人员观察了20种SRC相互作用,并根据它们绘制了碳-12 SRC能量的分布,这与之前的实验非常吻合。结果表明,逆运动学可以用来描述更不稳定的,甚至是具有更多中子的放射性核中的SRC对。

“当一切都是倒转的时候,这意味着穿过的光束可能是由寿命极短的不稳定粒子组成的,这些粒子的寿命只有一毫秒,”麻省理工学院和特拉维夫大学的联合博士后朱利安·卡尔博(Julian Kahlbow)说,他是这篇论文的主要作者之一。“那一毫秒足以让我们创造它,让它互动,让它走。所以现在我们可以系统地向系统中添加更多的中子,看看这些src是如何进化的,这将帮助我们了解中子星发生了什么,中子星比宇宙中任何其他东西都有更多的中子。”

参考文献: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和The(电子邮件保护)合作,2021年3月29日,自然物理学
DOI:10.1038 / S41567-021-01193-4

2的评论关于“以光速投掷核飞镖:物理学家翻转粒子加速器以更清晰地观察原子核”

  1. Bibhutibhusanpatel|2021年3月30日晚上11:40|回复

    我们可以建议一个过程。欧洲核子研究中心的实验表明,质子的内部结构是为了构造原子绕电子轨道运行。对于中子和任何原子的原子核都可以得出同样的结论。因此,以光速通过电子簇射的方法是确定核结构的有效方法。

  2. 总废话……虚假欺诈。

    在一个对科学完全无知的世界里,这些骗子,展示他们的艺术来愚弄世界,以获得金钱、名誉和头衔。

    9 .它让世界无处可去

    只是假和外观。√

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