Jefferson Lab का प्रयोग नाभिकीय युग्मन के नियम को और सटीक बनाता है

नाभिक अपने-आप को कैसे व्यवस्थित करते हैं, इसका एक अधिक साफ परीक्षण

U.S. Department of Energy की Thomas Jefferson National Accelerator Facility के भौतिकविदों ने नाभिकीय भौतिकी के एक लंबे समय से चले आ रहे प्रश्न पर एक नया संकेत रिपोर्ट किया है: कौन तय करता है कि परमाणु नाभिक के भीतर कौन-से प्रोटॉन और न्यूट्रॉन क्षण भर के लिए घनिष्ठ, उच्च-वेग वाले जोड़ों में लॉक हो जाते हैं।

Nature में प्रकाशित यह काम तथाकथित short-range correlations, या SRCs, पर केंद्रित है। ये न्यूक्लियॉनों के बीच क्षणिक युग्मन हैं, जो यह समझाने में मदद करते हैं कि कुछ प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक सरल नाभिकीय चित्र से अपेक्षित गति की तुलना में कहीं अधिक तेज़ क्यों चलते हैं। SRCs न केवल नाभिकीय संरचना को समझने के लिए महत्वपूर्ण हो गए हैं, बल्कि यह जांचने के लिए भी कि क्या भीड़-भाड़ वाले नाभिकीय वातावरण प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की आंतरिक क्वार्क संरचना को प्रभावित करते हैं।

पिछले प्रयोगों ने पहले ही एक पैटर्न दिखाया था: जिन नाभिकों में न्यूट्रॉन अधिक होते हैं, उनमें ऐसे घनिष्ठ रूप से सहसंबद्ध युग्मों में भाग लेने वाले प्रोटॉन भी अधिक होते हैं। लेकिन उस व्यापक प्रवृत्ति ने एक केंद्रीय समस्या खुली छोड़ दी थी। जब प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और कुल द्रव्यमान की संख्या एक साथ बदलती है, तब यह पहचानना कठिन हो जाता है कि प्रभाव को वास्तव में कौन-सा चर चला रहा है।

नया अध्ययन इस अस्पष्टता को कम करने के लिए तैयार किया गया था। सावधानी से चुने गए नाभिकों की तुलना करके, शोधकर्ताओं का कहना है कि वे युग्मन निर्माण की एक और आवश्यकता को अलग करने में सफल रहे: वह शेल संरचना जो निर्धारित करती है कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन किन क्वांटम अवस्थाओं पर रह सकते हैं।

नाभिकों के चयन का महत्व क्यों था

टीम ने, स्रोत के अनुसार, calcium-40, calcium-48 और iron-54 के बीच एक विशेष “CaFe” तुलना का उपयोग किया। इन नाभिकों ने शोधकर्ताओं को पहले के अध्ययनों की तुलना में अधिक नियंत्रित तरीके से न्यूट्रॉन संख्या और प्रोटॉन संख्या में बदलाव करने दिया।

Calcium-40 में 20 प्रोटॉन और 20 न्यूट्रॉन होते हैं। Calcium-48 में प्रोटॉन उतने ही रहते हैं, लेकिन आठ अतिरिक्त न्यूट्रॉन जुड़ते हैं। Iron-54, calcium-48 की तुलना में छह प्रोटॉन जोड़ता है, जबकि तुलना के लिए उपयोगी वही कुल द्रव्यमान संबंध बनाए रखता है। इस व्यवस्था ने शोधकर्ताओं को यह पूछने का तरीका दिया कि क्या न्यूट्रॉन-समृद्ध नाभिकों में दिखने वाला अतिरिक्त प्रोटॉन-न्यूट्रॉन युग्मन केवल संख्याओं का मामला है, या क्या कणों की क्वांटम व्यवस्था, यानी शेल, भी मायने रखती है।

स्रोत पाठ के अनुसार, परिणाम यह है कि शेल संरचना एक निर्णायक भूमिका निभाती है। दूसरे शब्दों में, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के SRC जोड़े बनाने की संभावना केवल इस बात से नियंत्रित नहीं होती कि किसी नाभिक में प्रोटॉन अधिशेष है या न्यूट्रॉन अधिशेष। यह भी इस पर निर्भर करती है कि वे न्यूक्लियॉन नाभिक की shell-model संरचना में कहां स्थित हैं।

इससे यह निष्कर्ष केवल एक क्रमिक सांख्यिकीय परिशोधन से अधिक बन जाता है। यह नाभिकों के भीतर एक संरचनात्मक नियम की ओर संकेत करता है, जिसे सिद्धांतकारों को अब अधिक स्पष्ट रूप से शामिल करना होगा।

शॉर्ट-रेंज सहसंबंध क्या प्रकट करते हैं

Short-range correlations असामान्य हैं क्योंकि वे उन कणों का वर्णन करते हैं जिन्हें सामान्यतः एक व्यापक औसत नाभिकीय क्षेत्र में चलते हुए माना जाता है, लेकिन कभी-कभी वे इतनी मजबूती से परस्पर क्रिया करते हैं कि कॉम्पैक्ट, अस्थायी जोड़े बन जाते हैं। इन जोड़ों में एक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन, दो प्रोटॉन या दो न्यूट्रॉन शामिल हो सकते हैं, हालांकि पिछले अध्ययनों में प्रोटॉन-न्यूट्रॉन जोड़ियां विशेष रूप से महत्वपूर्ण रही हैं।

SRC शोध ने पहले ही वैज्ञानिकों की नाभिकों के बारे में सोच को बदल दिया है। इसने उच्च-वेग न्यूक्लियॉनों की उपस्थिति समझाने में मदद की है, यह संकेत दिए हैं कि घनी स्थानीय अंतःक्रियाएं कैसे उभरती हैं, और इस प्रश्न का रास्ता खोला है कि क्या ऐसे चरम स्थानीय वातावरण कणों को स्वयं बदल सकते हैं।

Jefferson Lab का परिणाम इस चित्र में एक नई परत जोड़ता है। यदि शेल संरचना युग्म चयन को प्रभावित करती है, तो नाभिक केवल कणों का ऐसा थैला नहीं है जो उनकी संख्या पर प्रतिक्रिया करता है। इसकी क्वांटम वास्तुकला यह निर्धारित करती है कि कौन-से कण निकट युग्मन के लिए सही तरीके से एक-दूसरे को पा सकते हैं।

यह उन नाभिकीय मॉडलों के लिए महत्वपूर्ण है जो न्यूक्लियॉनों के सूक्ष्म व्यवहार को पदार्थ के स्थूल गुणों से जोड़ना चाहते हैं। यह न्यूट्रॉन-समृद्ध प्रणालियों से जुड़ी गणनाओं के लिए भी महत्वपूर्ण हो सकता है, जहां प्रोटॉन-न्यूट्रॉन असंतुलन बड़ा होता है और शेल प्रभाव अधिक स्पष्ट हो सकते हैं।

बेहतर माप का एक “magic” मार्ग

स्रोत पाठ में उल्लेख है कि शोधकर्ताओं ने “magic nuclei” पर भरोसा किया, यह नाभिकीय भौतिकी में उन नाभिकों के लिए प्रयुक्त शब्द है जिनमें शेल विन्यास विशेष रूप से स्थिर होते हैं। ऐसे तंत्र साफ़ मानक प्रदान करते हैं क्योंकि उनके भरे हुए शेल संरचनात्मक प्रभावों को अलग करना आसान बना देते हैं।

व्यवहार में, इससे टीम को पहले के प्रयोगों की सीमाओं से आगे जाने का तरीका मिला, जिनमें द्रव्यमान और प्रोटॉन-न्यूट्रॉन अनुपात दोनों एक साथ बदलते थे। यहां तुलनाएं अधिक सटीक थीं, जिससे शेल प्रभाव अधिक स्पष्ट रूप से दिखाई दिया।

इस प्रयोग में electron scattering का उपयोग किया गया, जिसमें आने वाले इलेक्ट्रॉन virtual photons उत्सर्जित करते हैं जो नाभिकों से प्रोटॉन को बाहर निकालते हैं। यह तकनीक नाभिकीय पदार्थ की आंतरिक गतिशीलता की जांच करने का एक मानक और शक्तिशाली तरीका है क्योंकि यह दिखा सकती है कि उच्च-वेग विन्यासों में न्यूक्लियॉन कितनी बार पाए जाते हैं, जो SRCs से जुड़े होते हैं।

सटीक मापों को जानबूझकर चुने गए नाभिकीय लक्ष्यों के साथ जोड़कर, टीम दिखा सकी कि पुरानी व्याख्या अधूरी थी। सापेक्ष संख्याएं अब भी मायने रखती हैं, लेकिन वे पूरी कहानी नहीं हैं।

यह एक प्रयोग से आगे क्यों मायने रखता है

नाभिकीय भौतिकी अक्सर ठीक इसी तरह के संकुचन-प्रक्रिया से आगे बढ़ती है। पहले व्यापक पैटर्न सामने आते हैं; फिर बेहतर नियंत्रित तुलनाएं छिपे हुए चर पहचानती हैं। नए परिणाम का महत्व यह है कि यह अत्यधिक निकटता की स्थिति में नाभिकों के मूल घटकों के व्यवहार के नियमों को और स्पष्ट करता है।

इसका महत्व उन सिद्धांतकारों के लिए है जो नाभिकीय पदार्थ के अधिक भविष्यवाणीशील मॉडल बनाना चाहते हैं, खासकर उन प्रणालियों में जहां शेल प्रभाव और कण असंतुलन एक साथ मौजूद हों। यह carefully selected benchmark nuclei का उपयोग करके ऐसे प्रश्नों की जांच करने के पक्ष को भी मजबूत करता है, जिनका उत्तर बहुत सारे समस्थानिकों को एक साथ देखकर साफ़ तौर पर नहीं दिया जा सकता।

अभी के लिए, मुख्य निष्कर्ष सीधा है: नाभिकों के भीतर प्रोटॉन-न्यूट्रॉन युग्मन केवल इस बात से नियंत्रित नहीं होता कि वहां कितने प्रोटॉन और न्यूट्रॉन मौजूद हैं, बल्कि उस क्वांटम शेल संरचना से भी जो उन्हें व्यवस्थित करती है। इससे भौतिकविदों को नाभिक के सबसे पकड़ से बाहर रहने वाले व्यवहारों में से एक के लिए अधिक सटीक नियमावली मिलती है।

यह लेख Phys.org की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें.