原子核:「レーザー陽子」の謎を解決

中性子を追加すると、核内の特に高エネルギーの陽子の割合が増加します

原子核の中性子の割合は、核陽子のエネルギーに驚くほど大きな役割を果たします。 ©koya79 / iStock
読み上げ

驚くべき効果:物理学者は原子核の陽子の基本的な特性を解明しました。 したがって、これらの核粒子はより大きな運動エネルギー、原子核のより多くの中性子を有します。 したがって、鉛原子には、炭素原子よりも高運動量の陽子が多くあります。これは、研究者が「Nature」誌に報告しているためです。 この知識は、中性子星の内部生命と挙動にとって特に重要である可能性があります。

核は、非荷電中性子と正荷電陽子の密集した集まりで構成されています。 原子力によって結ばれ、特定の量子軌道でゆっくりと動き回る-これが一般的な教義の状態です。 しかし、1950年代には早くも、粒子加速器での衝突実験により、「外れ値」、つまり陽子と中性子の短命なペアが存在することが明らかになりました。

攻撃を受けている原子核

そのような特に高エネルギーの陽子と中性子の割合がどれほど高いか、また原子核で中性子がどのような役割を果たしているが、部分的にしか明らかではない。 これらの質問を明確にするために、テルアビブ大学のMeytal Duer周辺のCLASコラボレーションの物理学者は、米国のThomas Jefferson National Accelerator Facilityでの粒子衝突のデータを具体的に評価しました。

これらの実験では、高エネルギーの電子ビームが炭素、アルミニウム、鉄、鉛のコアに照射されました。 クル:これらの原子核には、陽子よりもますます多くの中性子が含まれています。 「対称コアから始めて、さらに中性子が到達するとどうなるかを確認したかった」と、マサチューセッツ工科大学(MIT)の共著者であるOr Hen氏は言います。

トーマス・ジェファーソン国立加速器施設検出器の光ファイバー©DOE / Jefferson Lab

より多くの中性子、より多くの「レーザー」

その結果、原子核に含まれる中性子が増えると、その中に異常に高い運動量を持つ陽子が多くなりました。 「核に50パーセント以上の中性子があれば、以前よりも50パーセント多くの高運動量陽子も得られました」とヘンは言います。 これらの高エネルギー陽子は、原子核を通り抜けた中性子と一時的に衝突します。 ディスプレイ

言い換えれば、「中性子の数が増加するにつれて、高運動量の陽子の割合が大幅に増加する一方、高運動量の中性子の割合はわずかに減少する傾向がある」と研究者らは述べています。 「古典的なコアシェルモデルによれば、陽子と中性子は互いにほとんど関係がなく、異なるシェルを満たすため、この効果は驚くべきものです。」

中性子星でも重要

科学者が強調しているように、新しい発見は、核物理学と素粒子物理学のいくつかの分野に重要な意味を持っています。 とりわけ、核粒子同士の相互作用だけでなく、ニュートリノとの相互作用に新しい光を当てることができました。 また、特定の原子核崩壊については、これらの「過剰な」陽子が関係します。

陽子効果は中性子星でも重要な役割を果たす可能性があります。 ペンシルベニア州立大学

この結果は、中性子星の非常に特殊な天体の理解にも刺激的です。 それらは非常に圧縮され、密度が高いため、中性子のみで構成されています。 対照的に、陽子と電子は中性子星の5〜10%しか占めていません。 しかし、判明したように、極端な数の中性子は、中性子星内の少数の陽子を特に「アクティブ」にし、不均衡に大きな影響を与える可能性があります。

原子核の場合と同様に、これらの条件下では、多くの陽子が高い運動量で星を突進する可能性があります。 「たとえ陽子がそのような星の少数派を構成していても、この少数派は決定的である可能性があります」とヘンは言います。 「彼らは中性子星のいくつかの特性を決定することさえできた。」そして、これらは中性子星の衝突において重要な役割を果たし、したがって私たちの宇宙の重要な要素工場の一つであると研究者は述べた。 (Nature、2018; doi:10.1038 / s41586-018-0400-z)

(DOE / Thomas Jefferson National Accelerator Facility、14.08.2018-NPO)