Magické číslo může přepsat naše znalosti o jaderné fyzice

Sdílet

Dennívýzva

Jaderná fyzika pokračuje v odhalování záhad, které řídí strukturu hmoty v subatomárním měřítku. Důležitým pojmem v této oblasti jsou takzvaná „magická čísla”, která představují specifické množství protonů nebo neutronů, jež atomovému jádru dodávají značnou stabilitu. Určení těchto klíčových hodnot umožňuje vědcům pokročit v pochopení uspořádání jader.

Zdroj: Maciej Pienczewski / Unsplash

Zatímco magická čísla spojená se stabilními a dlouho žijícími izotopy jsou dobře definována již desítky let, u vysoce nestabilních a extrémně krátce žijících izotopů je scénář o poznání složitější. Studium těchto vzácných a krátce žijících forem hmoty poskytuje vědcům důležité informace o chování jaderných struktur za extrémních podmínek.

Tyto objevy poskytují nejen hlubší vhled do toho, jak prvky ve vesmíru vznikaly, ale také rozšiřují naše chápání základních sil, které drží atomová jádra pohromadě. Výzkum v této oblasti má zásadní význam pro pokrok v oblasti základní fyziky a jejích aplikací.

Nové „magické číslo“ jaderné fyziky

Vědci z Ústavu moderní fyziky (IMP) Čínské akademie věd nedávno dosáhli významného průlomu, když poprvé změřili hmotnost křemíku-22. Vědci z Ústavu moderní fyziky (IMP) Čínské akademie věd tak získali první měření. Tento izotop je výjimečně nestabilní a má nedostatek neutronů. Jejich práce ukázala, že v křemíku-22 se počet protonů 14 chová jako potvrzené nové magické číslo.

Mohlo by vás zajímat: Chodíte pomalu nebo svižně? Rozdíl může být větší, než čekáte

Atomová jádra se skládají z protonů a neutronů. Když počet protonů a neutronů dosáhne určitého počtu, například 2, 8, 20, 28, 50, 82 nebo 126, stává se jádro stabilnějším. Tento jev vysvětlili ve 40. a 50. letech 20. století Maria Goeppert Mayerová a J. Hans D. Jensen pomocí modelu jaderné slupky, za který v roce 1963 obdrželi Nobelovu cenu za fyziku.

V posledních letech výzkum „exotických“ jader – vzdálených od údolí stability, kde se nacházejí stabilní izotopy – identifikoval nová magická čísla neutronů, jako jsou 14, 16, 32 a 34. Experimentální pozorování nových magických čísel protonů však bylo mnohem vzácnější.

Již dříve vědci zjistili, že v kyslíku-22 (se 14 neutrony a 8 protony) vykazuje neutronové číslo 14 znaky „magie“. Na základě jaderné zrcadlové symetrie teoretici předpověděli, že protonové číslo 14 by mělo být magickým číslem i v jeho zrcadlovém jádře, křemíku-22 (s 8 neutrony a 14 protony). Jeho generování a měření je však vzhledem k nízké výtěžnosti a krátkému poločasu rozpadu nesmírně obtížné; teoretická předpověď se dosud nepotvrdila.

Metodické pokroky a jejich důsledky

Pomocí zdokonalené izochronní hmotnostní spektroskopie s definicí Bρ výzkumníci z IMP úspěšně změřili hmotnost křemíku-22 v základním stavu ve skladovacím a chladicím prstenci zařízení pro výzkum těžkých iontů v Lanzhou. Kromě toho přibližně sedmkrát zvýšili přesnost hmotnosti jimi dříve měřeného křemíku-23.

Získané výsledky ukazují, že křemík-22 má kladnou energii štěpení dvou protonů, to znamená, že samovolně neztrácí dva protony. To potvrzuje jeho status jádra na protonové kapkovité linii bez dvouprotonové radioaktivity, čímž se vyřešila dlouholetá debata v jaderné fyzice.

Díky nové hodnotě hmotnosti tým vypočítal párovací energii protonů křemíku-22 a porovnal ji s párovací energií neutronů jeho zrcadlového jádra, kyslíku-22, čímž odhalil nové magické číslo protonů 14.

The magic numbers in nuclear physics
byu/nuclearsciencelover inScienceNcoolThings

Přestože křemík-22 vykazuje podobné dvojmagické vlastnosti jako kyslík-22, studie zjistila, že jeho prostorové rozložení protonů je ve srovnání s rozložením neutronů kyslíku-22 rozptýlenější, což ukazuje na mírné narušení symetrie. Tato studie prohlubuje poznání exotických jaderných struktur a poskytuje nové poznatky o interakcích nukleonů a existenci extrémně neobvyklých jader.

Dopad na vědu a techniku

Objev nových magických čísel je nejen milníkem v teoretické fyzice, ale má také potenciální praktické využití. Pochopení jaderné stability má zásadní význam pro vývoj bezpečnějších a účinnějších jaderných reaktorů. Mohlo by také ovlivnit vytváření nových materiálů s jedinečnými vlastnostmi, což by mělo dopad na obory, jako je jaderná medicína a čistá energie.

Tento průlom také otevírá dveře budoucímu výzkumu exotických jader a možnosti objevení dalších magických čísel. Vědci doufají, že s rozvojem pokročilejších technologií pro detekci a měření nestabilních izotopů budou moci i nadále odhalovat tajemství subatomárního vesmíru.

Objev magického čísla protonů 14 v křemíku-22 nejen nově definuje naše chápání jaderné stability, ale také pokládá základy pro budoucí inovace v mnoha vědeckých a technologických oborech.

Zdroje článku: scitechdaily.com, journals.aps.org, www.techzpravy.cz

Reklama

Další články z Techzpravy.cz

Tento článek byl publikován ze zdrojů Techzpravy.cz

Články z TechZprávy.cz nabízejí pohled na svět moderních technologií. Sledují dění v oblasti IT, mobilních zařízení, chytré domácnosti, vědy, vesmíru i digitálních trendů, které ovlivňují každodenní život. Obsah je určen čtenářům, kteří chtějí být v obraze, rozumět novinkám a vědět, co se děje na...

Magické číslo může přepsat naše znalosti o jaderné fyzice

Armáda bojlerů. Česko má v rezervě druhý Temelín, ale zatím ho neumí zapojit, říká šéf energetiků

Tereza Kerndlová šla před velkým koncertem na operaci víček: Už jsem skoro neviděla, přiznala

Leoš Mareš se rozplakal při vzpomínce na syny: "Udělal bych cokoliv, abych se mohl vrátit"

Na co při tom myslí? Ženy odhalily pravdu, kterou si často nechávají pro sebe

Novorozenec s mateřským znaménkem na čele zastavil celý porodní sál. Porodní sestra zkoprněla a věděla proč