జెఫర్సన్ ల్యాబ్ ప్రయోగం అణు జతల నియమాన్ని మరింత పదును పెట్టింది

అణువులు ఎలా స్వయంగా క్రమబద్ధమవుతాయో తెలిపే మరింత స్పష్టమైన పరీక్ష

అమెరికా ఎనర్జీ డిపార్ట్‌మెంట్‌కు చెందిన థామస్ జెఫర్సన్ నేషనల్ యాక్సిలరేటర్ ఫెసిలిటీలోని భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు, అణు భౌతిక శాస్త్రంలోని దీర్ఘకాల ప్రశ్నలలో ఒకదానికి కొత్త సంకేతాన్ని వెల్లడించారు: ఒక అణు కేంద్రంలో ఏ ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు తాత్కాలికంగా దగ్గరగా, అధిక-మోమెంటం జోడులుగా లాక్ అవుతాయో ఏది నిర్ణయిస్తుంది?

Natureలో ప్రచురితమైన ఈ పని, షార్ట్-రేంజ్ కొరిలేషన్స్ లేదా SRCs అని పిలవబడే అంశంపై దృష్టి సారించింది. ఇవి న్యూక్లియాన్ల మధ్య క్షణిక జతలు; అణు కేంద్రం యొక్క సరళ చిత్రంలో కనిపించేదానికంటే కొన్ని ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు ఎందుకు చాలా వేగంగా కదులుతాయో వివరించడంలో ఇవి సహాయపడతాయి. SRCలు అణు నిర్మాణాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికే కాదు, సాంద్ర అణు వాతావరణాలు ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్ల అంతర్గత క్వార్క్ నిర్మాణాన్ని ప్రభావితం చేస్తాయా అనే ప్రశ్నను పరిశీలించడానికీ ముఖ్యమయ్యాయి.

మునుపటి ప్రయోగాలు ఇప్పటికే ఒక నమూనాను చూపాయి: ఎక్కువ న్యూట్రాన్లు ఉన్న అణువుల్లో, అటువంటి బలంగా అనుసంధానమైన జతల్లో పాల్గొనే ప్రోటాన్లు కూడా ఎక్కువగా ఉంటాయి. కానీ ఆ విస్తృత ధోరణి ఒక కేంద్ర సమస్యను తెరిచి ఉంచింది. ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు, మొత్తం ద్రవ్యరాశి అన్నీ ఒకేసారి మారితే, ఆ ప్రభావాన్ని నిజంగా నడిపేది ఏ మారిందో గుర్తించడం కష్టమవుతుంది.

కొత్త అధ్యయనం ఆ అస్పష్టతను తగ్గించేలా రూపొందించబడింది. జాగ్రత్తగా ఎంపిక చేసిన అణువులను పోల్చడం ద్వారా, జతల ఏర్పాటుకు మరో అవసరాన్ని పరిశోధకులు వేరు చేయగలిగినట్లు చెబుతున్నారు: ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు ఏ క్వాంటం స్థితులను ఆక్రమించగలరో నిర్ణయించే షెల్ నిర్మాణం.

అణు ఎంపిక ఎందుకు ముఖ్యమైంది

సోర్స్ వివరణ ప్రకారం, బృందం కాల్షియం-40, కాల్షియం-48 మరియు ఇనుము-54 మధ్య ప్రత్యేకమైన “CaFe” పోలికను ఉపయోగించింది. ఈ అణువులు, మునుపటి అధ్యయనాల కంటే న్యూట్రాన్ సంఖ్య, ప్రోటాన్ సంఖ్యలను మరింత నియంత్రితంగా మార్చడానికి పరిశోధకులకు అవకాశం ఇచ్చాయి.

కాల్షియం-40లో 20 ప్రోటాన్లు, 20 న్యూట్రాన్లు ఉంటాయి. కాల్షియం-48 అదే ప్రోటాన్ సంఖ్యను ఉంచుకుంటూ ఎనిమిది న్యూట్రాన్లు జోడిస్తుంది. కాల్షియం-48తో పోలిస్తే ఇనుము-54 ఆరు ప్రోటాన్లను జోడిస్తుంది, అదే మొత్తం ద్రవ్యరాశి సంబంధం పోలికకు ఉపయోగపడేలా ఉంచుతుంది. ఈ ఏర్పాటుతో, న్యూట్రాన్-సమృద్ధ అణువుల్లో కనిపించే అదనపు ప్రోటాన్-న్యూట్రాన్ జతల ఏర్పాటెక్కువగా సంఖ్యల విషయం మాత్రమేనా, లేదా కణాలు షెల్‌లుగా క్వాంటం స్థాయిలో అమర్చబడే విధానం కూడా ముఖ్యమా అనే ప్రశ్నను పరిశోధకులు అడగగలిగారు.

సోర్స్ టెక్స్ట్ ప్రకారం, ఫలితం ఏమిటంటే షెల్ నిర్మాణం నిర్ణయాత్మక పాత్ర పోషిస్తుంది. ఇతర మాటల్లో, ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు SRC జతలను ఏర్పరచే అవకాశం, ఒక అణువులో ప్రోటాన్ అధికమా లేదా న్యూట్రాన్ అధికమా అన్నదాని మీద మాత్రమే ఆధారపడదు. అవి అణు షెల్-మోడల్ నిర్మాణంలో ఎక్కడ ఉన్నాయో కూడా ఆధారపడి ఉంటుంది.

అది ఈ కనుగొనుగును ఒక సాధారణ గణాంక సవరణ కంటే ఎక్కువగా చేస్తుంది. ఇది సిద్దాంతకారులు ఇప్పుడు మరింత స్పష్టంగా పరిగణనలోకి తీసుకోవాల్సిన అణు అంతర్గత నిర్మాణ నియమాన్ని సూచిస్తుంది.

షార్ట్-రేంజ్ కొరిలేషన్స్ ఏమి వెల్లడిస్తాయి

షార్ట్-రేంజ్ కొరిలేషన్స్ అసాధారణమైనవి, ఎందుకంటే ఇవి సాధారణంగా విస్తృత సగటు అణు క్షేత్రంలో కదులుతున్న కణాలను వివరిస్తాయి, కానీ కొన్నిసార్లు అవి బలంగా పరస్పర చర్య చేసి సంకుచిత, తాత్కాలిక జతలను ఏర్పరుస్తాయి. ఈ జతల్లో ప్రోటాన్-న్యూట్రాన్, రెండు ప్రోటాన్లు లేదా రెండు న్యూట్రాన్లు ఉండవచ్చు, అయితే గత అధ్యయనాల్లో ప్రోటాన్-న్యూట్రాన్ జతలు ప్రత్యేకంగా ముఖ్యమైనవి.

SRC పరిశోధన అణువుల గురించి శాస్త్రవేత్తలు ఆలోచించే విధానాన్ని ఇప్పటికే మార్చింది. ఇది అధిక-మోమెంటం న్యూక్లియాన్ల ఉనికిని వివరించడంలో సహాయపడింది, సాంద్ర స్థానిక పరస్పర చర్యలు ఎలా ఉద్భవిస్తాయో సూచనలు ఇచ్చింది, అలాగే ఆ తీవ్ర స్థానిక వాతావరణాలు కణాలనే మార్చగలవా అనే ప్రశ్నకు దారిని తెరిచింది.

జెఫర్సన్ ల్యాబ్ ఫలితం ఆ చిత్రానికి ఒక కొత్త పొరను జోడిస్తుంది. షెల్ నిర్మాణం జత ఎంపికను ప్రభావితం చేస్తే, అప్పుడు అణువు అనేది సంఖ్యల లెక్కకు స్పందించే కణాల సంచయం మాత్రమే కాదు. దాని క్వాంటం నిర్మాణం, ఏ కణాలు దగ్గరకు వచ్చి సరైన విధంగా జత కట్టగలవో పరిమితం చేస్తుంది.

న్యూక్లియాన్ల సూక్ష్మ ప్రవర్తనను పదార్థం యొక్క సమగ్ర లక్షణాలతో కలపాలనుకునే అణు నమూనాలకు ఇది ముఖ్యమైనది. షెల్ ప్రభావాలు, కణాల అసమతుల్యత కలిసి ఉన్న వ్యవస్థల్లో, ముఖ్యంగా న్యూట్రాన్-సమృద్ధ వ్యవస్థల కోసం జరిగే లెక్కల్లో కూడా ఇది ప్రాధాన్యం కలిగి ఉండవచ్చు.

మంచి కొలతకు ఒక “మ్యాజిక్” మార్గం

సోర్స్ టెక్స్ట్ ప్రకారం, పరిశోధకులు “మ్యాజిక్ న్యూక్లియై”పై ఆధారపడ్డారు; ఇది అణు భౌతిక శాస్త్రంలో ప్రత్యేకంగా స్థిరమైన షెల్ ఆకృతులు కలిగిన అణువులకు ఉపయోగించే పదం. ఈ వ్యవస్థలు మంచి బెంచ్‌మార్క్‌లను అందిస్తాయి, ఎందుకంటే వాటి నిండిన షెల్‌లు పోలికలను సులభతరం చేసి, నిర్మాణ ప్రభావాలను స్పష్టంగా వేరు చేయడాన్ని సులభం చేస్తాయి.

ప్రయోగాత్మకంగా, ఇది బృందానికి మునుపటి ప్రయోగాల పరిమితులను దాటి వెళ్లే మార్గాన్ని ఇచ్చింది, వాటిలో ద్రవ్యరాశి మరియు ప్రోటాన్-న్యూట్రాన్ నిష్పత్తి ఒకేసారి మారేవి. ఇక్కడ, పోలికలు మరింత కట్టుదిట్టంగా ఉండటం వల్ల షెల్ ప్రభావం మరింత స్పష్టంగా కనిపించింది.

ఈ ప్రయోగంలో ఎలక్ట్రాన్ స్కాటరింగ్‌ను ఉపయోగించారు; అందులో వచ్చే ఎలక్ట్రాన్లు వర్చువల్ ఫోటాన్లను విడుదల చేసి, అణువుల నుంచి ప్రోటాన్లను బయటకు తోసుతాయి. SRCలతో సంబంధం ఉన్న అధిక-మోమెంటం ఆకృతుల్లో న్యూక్లియాన్లు ఎంత తరచుగా కనిపిస్తాయో ఇది వెల్లడించగలదని, అణు పదార్థంలోని అంతర్గత డైనమిక్స్‌ను పరిశీలించడానికి ఈ సాంకేతికత ఒక ప్రామాణికమైన, శక్తివంతమైన మార్గం.

ఖచ్చితమైన కొలతలను ఉద్దేశ్యపూర్వకంగా ఎంపిక చేసిన అణు లక్ష్యాలతో జత చేసి, బృందం పాత వివరణ అసంపూర్ణమని చూపగలిగింది. సంబంధిత సంఖ్యలు ఇప్పటికీ ముఖ్యం, కానీ అవే మొత్తం కథ కాదు.

ఒకే ప్రయోగం కంటే ఇది ఎందుకు ముఖ్యము

అణు భౌతిక శాస్త్రం తరచూ ఇలాంటి సంకోచన ప్రక్రియ ద్వారా ముందుకు సాగుతుంది. ముందుగా విస్తృత నమూనాలు వస్తాయి; ఆపై మరింత నియంత్రిత పోలికలు దాగిన మార్పులను గుర్తిస్తాయి. కొత్త ఫలితానికి ఉన్న ప్రాముఖ్యం ఏమిటంటే, ఇది అణువుల ప్రాథమిక నిర్మాణ భాగాలు అత్యంత సమీపంలో ఎలా ప్రవర్తిస్తాయో వాటి నియమాలను మరింత పదును పెడుతుంది.

షెల్ ప్రభావాలు, కణ అసమతుల్యత కలిసి ఉన్న వ్యవస్థల్లో ముఖ్యంగా, అణు పదార్థానికి మరింత అంచనా వేయగల నమూనాలు నిర్మించాలనుకునే సిద్దాంతకారులకు ఇది ప్రాధాన్యం కలిగిస్తుంది. ఒకేసారి అనేక ఐసోటోపులను సర్వే చేసి స్పష్టంగా సమాధానం ఇవ్వలేని ప్రశ్నలను పరీక్షించడానికి జాగ్రత్తగా ఎంపిక చేసిన ప్రమాణ అణువులను ఉపయోగించాల్సిన అవసరాన్ని కూడా ఇది బలపరుస్తుంది.

ఇప్పటికి, ముఖ్యమైన కనుగొనుగు స్పష్టంగా ఉంది: అణువుల లోపల ప్రోటాన్-న్యూట్రాన్ జతల ఏర్పాటును, అక్కడ ఎంతమంది ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు ఉన్నాయనే దానితో మాత్రమే కాదు, వాటిని క్రమబద్ధం చేసే క్వాంటం షెల్ నిర్మాణం కూడా నిర్ణయిస్తుంది. ఇది అణువు యొక్క అత్యంత అందుకోలేని ప్రవర్తనలలో ఒకదానికి భౌతిక శాస్త్రవేత్తలకు మరింత ఖచ్చితమైన నియమావళిని ఇస్తుంది.

ఈ వ్యాసం Phys.org నివేదిక ఆధారంగా ఉంది. మూల వ్యాసాన్ని చదవండి.