ஜெஃபர்சன் ஆய்வகப் பரிசோதனை அணு ஜோடி அமைப்புக்கான விதியை மேலும் துல்லியமாக்குகிறது

அணுக்கள் தங்களை எவ்வாறு ஒழுங்குபடுத்துகின்றன என்பதற்கான ஒரு தெளிவான சோதனை

அமெரிக்க எரிசக்தித் துறையின் தாமஸ் ஜெஃபர்சன் தேசிய வேகமூட்டல் நிலையத்தின் இயற்பியலாளர்கள், அணு இயற்பியலின் நீடித்த கேள்விகளில் ஒன்றிற்கு புதிய குறிப்பை அறிவித்துள்ளனர்: ஒரு அணுக்கருவின் உள்ளே எந்த புரோட்டான்களும் நியூட்ரான்களும் குறுகிய நேரத்திற்கு நெருக்கமான, உயர்தோற்றம் கொண்ட ஜோடிகளாக இணைகின்றன என்பதை எது தீர்மானிக்கிறது?

Nature-இல் வெளியான இந்தப் பணி, குறுகிய தூர தொடர்புகள் அல்லது SRCs எனப்படும் அமைப்புகளைக் கவனம் செலுத்துகிறது. இவை நியூக்ளியோன்களுக்கிடையிலான கணநேர ஜோடிகள்; சில புரோட்டான்களும் நியூட்ரான்களும் ஒரு எளிய அணுக்கரு படம் சொல்வதைவிட ஏன் மிக வேகமாக நகர்கின்றன என்பதை விளக்க இவை உதவுகின்றன. SRCs அணு அமைப்பைப் புரிந்துகொள்ள மட்டுமல்ல, நெருக்கமான அணு சூழல்கள் புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களின் உள் குவார்க் அமைப்பை பாதிக்கிறதா என்பதை ஆராய்வதற்கும் முக்கியமானவையாகி உள்ளன.

முந்தைய பரிசோதனைகள் ஏற்கெனவே ஒரு முறைமையை காட்டியிருந்தன: அதிக நியூட்ரான்கள் கொண்ட அணுக்களில், இவ்வாறு நெருக்கமாக தொடர்புடைய ஜோடிகளில் பங்கேற்கும் புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கையும் அதிகமாக இருக்கும். ஆனால் அந்தப் பொதுப் போக்கு ஒரு மையப் பிரச்சினையைத் திறந்தவையாக விட்டது. புரோட்டான்கள், நியூட்ரான்கள் மற்றும் மொத்த நிறை எல்லாம் ஒரே நேரத்தில் மாறும்போது, உண்மையில் எந்த மாறி அந்த விளைவைக் கட்டுப்படுத்துகிறது என்பதை அடையாளம் காணுவது கடினமாகிறது.

புதிய ஆய்வு அந்தத் தெளிவின்மையை குறைக்கும் வகையில் வடிவமைக்கப்பட்டது. கவனமாகத் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட சில அணுக்களை ஒப்பிடுவதன் மூலம், ஜோடி உருவாக்கத்திற்கான இன்னொரு தேவையை ஆராய்ச்சியாளர்கள் தனித்து அடையாளம் காண முடிந்ததாகக் கூறுகின்றனர்: புரோட்டான்களும் நியூட்ரான்களும் எந்த குவாண்டம் நிலைகளை ஆக்கிரமிக்க முடியும் என்பதை நிர்ணயிக்கும் ஷெல் அமைப்பு.

அணுக்களின் தேர்வு ஏன் முக்கியமானது

மூலத்தின் விளக்கப்படி, குழு கால்சியம்-40, கால்சியம்-48 மற்றும் இரும்பு-54 ஆகியவற்றை உள்ளடக்கிய ஒரு சிறப்பு “CaFe” ஒப்பீட்டைப் பயன்படுத்தியது. இந்த அணுக்கள், முந்தைய ஆய்வுகளைவிட நியூட்ரான் எண்ணிக்கையும் புரோட்டான் எண்ணிக்கையும் அதிக கட்டுப்பாட்டுடன் மாற அனுமதித்தன.

கால்சியம்-40-இல் 20 புரோட்டான்களும் 20 நியூட்ரான்களும் உள்ளன. கால்சியம்-48 அதே புரோட்டான் எண்ணிக்கையையே வைத்திருக்கிறது, ஆனால் எட்டு நியூட்ரான்களைச் சேர்க்கிறது. இரும்பு-54, கால்சியம்-48-இன் ஒப்பீட்டில் ஆறு புரோட்டான்களைச் சேர்க்கிறது; அதே மொத்த நிறை உறவு ஒப்பீட்டுக்குப் பயன்படும் வகையில் காக்கப்படுகிறது. அந்த அமைப்பு, நியூட்ரான்-அதிக அணுக்களில் காணப்படும் கூடுதல் புரோட்டான்-நியூட்ரான் ஜோடிப்பு வெறும் எண்ணிக்கையின் விளைவா, அல்லது துகள்கள் ஷெல்களாக ஒழுங்குபடும் குவாண்டம் அமைப்பும் முக்கியமா என்பதை கேட்க ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கு வழி கொடுத்தது.

மூல உரைப்படி, முடிவு என்னவெனில் ஷெல் அமைப்பு தீர்மானகரமான பங்காற்றுகிறது. வேறு சொல்லில், புரோட்டான்களும் நியூட்ரான்களும் SRC ஜோடிகளாக உருவாகும் வாய்ப்பு, ஒரு அணுவில் புரோட்டான் அதிகமா அல்லது நியூட்ரான் அதிகமா என்பதனால் மட்டும் நிர்ணயிக்கப்படுவதில்லை. அவை அணுவின் ஷெல்-மாதிரி அமைப்பில் எங்கு உள்ளன என்பதையும் அது சார்ந்துள்ளது.

இதனால் இந்தக் கண்டுபிடிப்பு வெறும் படிப்படியான புள்ளியியல் திருத்தமாக இல்லாமல், கோட்பாட்டாளர்கள் இன்னும் வெளிப்படையாக கணக்கில் எடுக்க வேண்டிய ஒரு கட்டமைப்பு விதியைச் சுட்டிக்காட்டுகிறது.

குறுகிய தூர தொடர்புகள் என்ன வெளிப்படுத்துகின்றன

குறுகிய தூர தொடர்புகள் அசாதாரணமானவை; ஏனெனில் அவை பெரும்பாலும் ஒரு பெரிய சராசரி அணு வெளிக்குள் நகரும் துகள்களை விவரிக்கின்றன, ஆனால் சில சமயங்களில் அவை தீவிரமாக தொடர்புகொண்டு சிறிய, தற்காலிக ஜோடிகளை உருவாக்குகின்றன. இந்த ஜோடிகளில் ஒரு புரோட்டான் மற்றும் ஒரு நியூட்ரான், இரண்டு புரோட்டான்கள் அல்லது இரண்டு நியூட்ரான்கள் இருக்கலாம்; ஆனால் முந்தைய ஆய்வுகளில் புரோட்டான்-நியூட்ரான் ஜோடிகளே குறிப்பாக முக்கியமானவை.

SRC ஆராய்ச்சி, அணுக்களைப் பற்றி விஞ்ஞானிகள் சிந்திக்கும் முறையை ஏற்கெனவே மாற்றியுள்ளது. இது உயர்தோற்ற நியூக்ளியோன்களின் இருப்பை விளக்க உதவியுள்ளது, நெருக்கமான உள்ளூர் தொடர்புகள் எவ்வாறு உருவாகின்றன என்பதற்கான குறிப்புகளை வழங்கியுள்ளது, மேலும் அந்த அதீத உள்ளூர் சூழல்கள் துகள்களையே மாற்றுமா என்ற கேள்விக்குத் துவக்கமாக அமைந்துள்ளது.

ஜெஃபர்சன் ஆய்வக முடிவு அந்தப் படத்திற்கு ஒரு புதிய அடுக்கை சேர்க்கிறது. ஷெல் அமைப்பு ஜோடி தேர்வை பாதித்தால், அப்பொழுது அணு என்பது வெறும் எண்ணிக்கை கணக்குக்கு பதிலளிக்கும் துகள்களின் மூட்டை அல்ல. அதன் குவாண்டம் கட்டமைப்பு, எந்த துகள்கள் நெருக்கமாக வந்து சரியான முறையில் ஜோடி ஆக முடியும் என்பதை வரையறுக்கிறது.

நியூக்ளியோன்களின் நுண்ணிய நடத்தையைப் பொருளின் பருமன் பண்புகளுடன் இணைக்க முயலும் அணு மாதிரிகளுக்கு இது முக்கியமானது. நியூட்ரான்-அதிக அமைப்புகளில், புரோட்டான்-நியூட்ரான் சமநிலையின்மை பெரியதாக இருக்கும் மற்றும் ஷெல் விளைவுகள் தெளிவாக இருக்கும் என்பதால், அதனுடன் தொடர்புடைய கணக்குகளுக்கும் இது பொருந்தலாம்.

சிறந்த அளவீட்டுக்கான ஒரு “மாஜிக்” பாதை

மூல உரை, “மாஜிக் அணுக்கள்” என்பவற்றை ஆராய்ச்சியாளர்கள் நம்பியதாகக் குறிப்பிடுகிறது; இது அணு இயற்பியலில், குறிப்பாக நிலையான ஷெல் அமைப்புகளைக் கொண்ட அணுக்களுக்கு பயன்படுத்தப்படும் சொல். இத்தகைய அமைப்புகள் தூய்மையான அளவுகோல்களை வழங்குகின்றன, ஏனெனில் அவற்றின் நிரப்பப்பட்ட ஷெல்கள் ஒப்பீடுகளை எளிதாக்கி, கட்டமைப்பு விளைவுகளைத் தெளிவாக பிரித்தறிய உதவுகின்றன.

நடைமுறையில், இது முந்தைய பரிசோதனைகளின் வரம்புகளைத் தாண்டிச் செல்ல குழுவுக்கு உதவியது; ஏனெனில் அவற்றில் நிறையும் புரோட்டான்-நியூட்ரான் விகிதமும் ஒரே நேரத்தில் மாறியது. இங்கு, ஒப்பீடுகள் மேலும் நெருக்கமானவையாக இருந்ததால், ஷெல் விளைவு மேலும் தெளிவாகப் புலப்பட்டது.

இந்தப் பரிசோதனையில் மின்னியக்க சிதறல் பயன்படுத்தப்பட்டது; இதில் வரும் எலக்ட்ரான்கள் மெய்நிகர் போட்டான்களை வெளியிட்டு, அணுக்களில் இருந்து புரோட்டான்களை வெளியே தள்ளுகின்றன. SRC-களுடன் தொடர்புடைய உயர்தோற்ற அமைப்புகளில் நியூக்ளியோன்கள் எவ்வளவு அடிக்கடி காணப்படுகின்றன என்பதை இது வெளிப்படுத்தக்கூடியதால், அணு பொருளின் உள் இயக்கவியலை ஆராய இந்தத் தொழில்நுட்பம் ஒரு நிலையானதும் சக்திவாய்ந்ததும் ஆன வழியாகும்.

துல்லியமான அளவீடுகளை நோக்கமுடன் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட அணு இலக்குகளுடன் இணைத்து, அந்தக் குழு பழைய விளக்கம் முழுமையற்றது என்பதை காட்ட முடிந்தது. தொடர்புடைய எண்ணிக்கைகள் இன்னும் முக்கியம், ஆனால் அவை முழுக் கதை அல்ல.

ஒரே ஒரு பரிசோதனையைத் தாண்டியும் இது ஏன் முக்கியம்

அணு இயற்பியல் பெரும்பாலும் இத்தகைய சுருக்கப்படுத்தும் செயல்முறையில்தான் முன்னேறுகிறது. முதலில் பரந்த வடிவங்கள் தோன்றுகின்றன; பின்னர் சிறப்பாகக் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட ஒப்பீடுகள் மறைந்த மாறிகளை அடையாளம் காண்கின்றன. புதிய முடிவின் முக்கியத்துவம் என்னவெனில், அது அணுக்களின் அடிப்படை கட்டுமான கூறுகள் மிக நெருக்கத்தில் எப்படி நடந்து கொள்கின்றன என்பதற்கான விதிகளை மேலும் துல்லியமாக்குகிறது.

இது, குறிப்பாக ஷெல் விளைவுகளும் துகள் சமநிலையின்மையும் ஒரே நேரத்தில் உள்ள அமைப்புகளில், அணு பொருளுக்கான மேலும் கணிக்கக்கூடிய மாதிரிகளை உருவாக்க முயலும் கோட்பாட்டாளர்களுக்கு விளைவுகளை ஏற்படுத்துகிறது. பல ஐசோடோப்புகளை ஒரே நேரத்தில் ஆய்வு செய்வதன் மூலம் தெளிவாக பதில் கிடைக்காத கேள்விகளைச் சோதிக்க, கவனமாகத் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட குறிப்பு அணுக்களைப் பயன்படுத்த வேண்டிய அவசியத்தையும் இது வலுப்படுத்துகிறது.

இப்போது, முக்கியக் கண்டுபிடிப்பு நேரடியானது: அணுக்களுக்குள் உள்ள புரோட்டான்-நியூட்ரான் ஜோடிப்பு, அங்கு எத்தனை புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்கள் உள்ளன என்பதிலேயே மட்டுமல்ல, அவற்றை ஒழுங்குபடுத்தும் குவாண்டம் ஷெல் அமைப்பிலும் சார்ந்துள்ளது. இதனால் இயற்பியலாளர்களுக்கு அணுவின் மிகப் பிடிபடாத நடத்தைகளில் ஒன்றிற்கான இன்னும் துல்லியமான விதிமுறை கிடைக்கிறது.

இந்தக் கட்டுரை Phys.org வெளியிட்ட செய்தியை அடிப்படையாகக் கொண்டது. மூலக் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.