27.3 C
Tehran
چهارشنبه, ۳۰ مرداد , ۱۳۹۸
دانش و فناوری

فیزیکدانان راز بزرگی دربارۀ اتم‌ها را حل کردند

دانشمندان برای چندین دهه به دنبال سرنخ‌هایی در خصوص تمایل کوارک برای کاهش سرعت در اتم‌های بزرگ بودند، اما هیچ دستاوری نداشتند. بتازگی بررسی دقیق داده‌ها توانسته سرنخی برای توضیح این پدیده عجیب ِ فیزیکی بدست آورد.

quarks protons neutrons atoms x تیمی از فیزیکدانان در طی پروژه همکاری «CLAS» موفق به جمع‌آوری داده‌هایی از آزمایش‌های قبلی در مرکز شتاب دهنده ذره الکترون مداوم آزمایشگاه جفرسون شدند. هدف اصلی آنها دستیابی به شواهدی برای جواب به این پرسش است که چرا واحدهای بنیادی که پروتون‌ها و نوترون‌ها را تشکیل می دهند (خانواده‌ای از ذرات کوارک‌ها)، شتاب آهنگ کمتری درون اتم‌های بزرگ دارند.

این پدیده برای نخستین‌بار توسط «مرکز همکاری اروپا پیرامون ذره میون» در ابتدای دهه ۱۹۸۰ میلادی معرفی شد؛ آنها موفق به مشاهدۀ تفاوتی در چگونگی رفتار ذرات هسته‌ای در درون اتم‌های بزرگی مثل آهن شدند؛ در مقایسه با اتم‌های کوچکتری مثل هیدروژن. در طی اثری تحت عنوان«EMC»، خیلی زود مشخص شد که هرچقدر اتم‌ها بزرگتر باشند، کوارک‌های آنها سنگین‌تر و تنبل‌تر می شوند. کوارک‌ها به ذرات پرانرژی گقته می شود. وقتی کوارک‌ها در قالب ذرات سه گانه اقدام به تشکیل پروتون و نوترون نمایند، تفاوتی ایجاد نمی کند که کوارک‌ها در داخل هسته باشند یا آزادانه حرکت کنند.

«داگلاس هیگینبوتم» فیزیکدان هسته‌ای از آزمایشگاه جفرسون گفت: «در حال حاضر دو مدل اصلی وجود دارد که این اثر را توصیف می کند. بر اساس یکی از مدل‌ها، همۀ پروتون‌ها و نوترون‌ها در داخل یک هسته اصلاح می شوند. یکی دیگر از توضیحات اعلام می دارد که جواب در نوعی رابطه کوتاه مدت نهفته است که وقتی گروه‌های مختلفی از کوارک‌ها به هم نزدیک می شوند، نمایان می گردد. بر این اساس، پروتون‌ها و نوترون‌های زیادی به گونه ای رفتار می کنند که انگار آزاد هستند، اما برخی دیگر از آنها درگیرِ روابط کوتاه مدت شده و اصلاح می شوند.»

محققان با تجزیه و تحلیل داده‌های قدیمی در خصوص پراکندگی الکترون‌ها و جهندگی پروتون‌ها و نوترون‌ها در درون اتم‌های کربن، آلومینیوم، سرب و آهن توانستند به کارکردی جامع دست یابند که اثر «EMC» را توصیف می کند. این توصیف بر پایۀ رابطه کوتاهی میان پروتون و نوترون در زمان ِ تماس‌شان استوار است. فیزیکدان «باراک اشموکلر» محقق ِ دانشگاه استونی بروک در آمریکا، گفت: «ما اکنون به این کارکرد دست یافته‌ایم و نشانه‌هایی از جفت نوترون – پروتون که در فاصلۀ کوتاهی نسبت به هم هستند، مشاهده کردیم.»

لذا از مدل دوم هم پشتیبانی می شود که می گوید کوارک‌ها تحت شرایط مختلف رفتار متفاوتی از خود نشان می دهند؛ مثل هنگامی که ترکیب مناسب پروتون و نوترون بیش از حد معمول به همدیگر نزدیک می شوند. در غیراین صورت، ذرات هسته‌ای و کوارک‌هایشان به صورت عوامل آزاد عمل می کنند. از منظر فیزیک کوانتومی، این رفتار نوعی همپوشانی سازگار در ساختاری است که به هر کدام از کوارک‌ها آزادی بیشتری می دهد تا حرکت و جهش نمایند. اگر مقدار فضایی را که اتم در آن یافت می شود افزایش بدهید، شتاب آهنگ آن کاهش پیدا می کند.

Short Range Correlations in Nuclei«اکسل اشمیت» دانشجوی مقطع فوق دکتری در آزمایشگاه علوم هسته‌ای «MIT» خاطرنشان کرد: «در مکانیک کوانتومی، هر زمان میزان حجمی را که جسمی در آن محصور شده است افزایش دهید، از سرعت آن کاسته می شود. اگر فضا را تنگ‌تر کنید، بر سرعت آن افزوده می شود. این یک واقعیت شناخته شده است.»

اگر نوترون‌های بیشتری در ناحیه محلی حضور داشته باشند، هر پروتون شانس بیشتری برای پیدا کردن جفتش خواهد داشت. پس در عین حال این ایدۀ قدیمی هم کنار گذاشته می شود که می گوید از دست دادن شتاب، آهنگ یکی از خصوصیات اصلی کوارک‌ها به زمانِ جمع شدن‌شان درون هسته‌های بزرگ به شمار می رود.

اشمیت افزود: «تصویری که قبل از این مدل ارائه می شود این است که همه پروتون‌ها و نوترون‌ها وقتی در درون یک هسته کنار یکدیگر قرار گرفته باشند، همه کوارک‌هایشان با کاهش سرعت مواجه می شود. آنچه مدل حاضر بیان می کند این است که اکثر پروتون‌ها و نوترون‌ها به گونه‌ای رفتار می کنند که گویی هیچ تغییری صورت نگرفته است. این نوترون‌ها و پروتون‌های منتخب هستند که در این جفت‌ها حضور دارند و تغییر قابل توجهی روی کوارک‌هایشان ایجاد می کنند.» آزمایش‌ها و مطالعات بیشتری در این زمینه لازم است تا خصوصیات دیگرِ چگونگی حرکت پروتون‌ها در هسته‌های کم جمعیت و آرامتر نمایان شود. این تحقیق در مجله Nature منتشر شده است.

منبع: sciencealert.com

لینک مطلب

مطالب بیشتری که ممکن است مورد علاقه شما باشند

مایکروسافت: هکرهای ایران صدها میلیون دلار خسارت زده‌اند

cafeliberal

گوگل کروم ۷۶ دیگر به وب‌سایت‌ها اجازه نمی‌دهد وضعیت کاربران در حالت ناشناس را ردگیری کنند

cafeliberal

چرا با وجود خورشید و ستارگان، فضا سرد است؟

Jahan

هولولنز ویژه مایکروسافت برای ارتش آمریکا: رونمایی از نسخه اولیه چند صد میلیون دلاری آن

cafeliberal

خالق کفش‌های کتانی

cafeliberal

هیپنوتیسم چیست و چه برداشت‌های غلط در باره آن وجود دارد

Jahan