RW Space

Каждый атом материи во Вселенной построен вокруг ядра.

Это плотно упакованный пучок протонов и нейтронов, который составляет ядро атома, определяет его элементную принадлежность и содержит большую часть его массы.

В учебниках этот сгусток частиц часто изображается как своего рода сферическая малина, вокруг которой электроны кружатся по ряду орбит – но это не всегда самая точная картина.

в Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе физики нашли свидетельства одной из таких форм: ядро, структурированное как кегли, скрывается внутри каждого атома неона.

Это не просто курьез. Понимание этой формы имеет значение для ядерной физики, а также для понимания странного коллективного поведения материи, возникающей при столкновении атомных ядер при огромных энергиях.

Не все ядра устроены одинаково. Некоторые могут иметь форму, отличную от сферы; например, радий-224 имеет отчетливо однобокое грушевидное атомное ядро. Понимание этих форм может помочь физикам предсказать, как ядра могут вести себя неправильно в экстремальных условиях.

Но на самом деле увидеть эти формы не так просто, и не только потому, что атомные ядра настолько малы.

При обычных измерениях ядро не сидит на месте. Его квантовое состояние фактически усредняется по всем возможным ориентациям, поэтому несферическое ядро с нулевым угловым моментом все равно будет казаться сферическим, если смотреть в лаборатории.

Именно здесь в вашем распоряжении может оказаться коллайдер частиц. основная структура может влиять на поток материи, образующейся при столкновении.

Представьте себе, что вы помещаете два объекта разной формы в поток воды, скрытый от глаз. Изучая, как вода обтекает каждый объект вниз по течению, вы можете работать в обратном направлении, чтобы узнать что-то о форме объекта, который его нарушил.

Принцип здесь аналогичен, хотя вместо того, чтобы нарушать существующий поток, ядерное столкновение в первую очередь создает текущее вещество.

В своем эксперименте сотрудники CMS Collaboration сравнили его. столкновения двух разных атомных ядер – кислорода-16 и неона-20.

Они не сталкивали кислород и неон вместе, а изучали результаты различных запусков коллайдера, включающих столкновения кислорода с кислородом и столкновения неона и неона.

Причина этого заключается в том, что кислород-16 и неон-20 являются полезными партнерами для сравнения. Два ядра относительно близки по массе, но, вероятно, имеют очень разные внутренние структуры.

Расчеты предсказывают (и несколько предыдущих работ нашли доказательства), что кислород-16 имеет тетраэдрическую структуру ядра, в то время как предсказанная структура неона больше похожа на кегли для боулинга.

Исследователи сравнили, как частицы вытекают из каждого типа столкновений, ища закономерности в потоке, которые могли бы выявить начальную геометрию задействованных ядер.

Они стремились выяснить, являются ли частицы более вероятными. возникать в определенных направлениях – модели, известные как эллиптический и треугольный поток. Если бы лежащие в основе ядерные структуры действительно были разными, в обеих этих схемах потока были бы очевидны тонкие различия.

В частности, разница в структуре должна проявляться в относительной силе эллиптического потока, особенно в большинстве лобовых столкновений.

Это то, что обнаружили исследователи – с оговоркой. Необходимы дальнейшие исследования, поскольку измеренные изменения в треугольном потоке количественно не соответствуют предсказаниям модели.

Однако это все равно действительно крутой результат, поскольку он показывает, что коллективный поток в этих столкновениях действительно чувствителен к ядерной геометрии. Возможно, у нас нет фотографии крохотной кегли для боулинга, но доказательства по-прежнему согласуются с ядерной деформацией.

Это означает, что такой тонкий источник, как пространственное расположение протонов и нейтронов в атомном ядре, может оставлять заметный след в аэрозолях частиц, которые выбрасываются при столкновении ядер.

По теме: После 50 лет поисков физики, возможно, наконец-то это сделали Найдены частицы «глюбола».

Поэтому полученные результаты позволяют предположить, что коллайдеры частиц могут дать физикам новый способ исследовать структуры атомных ядер – сталкивая их вместе и считывая их форму в выброшенных кишках, как гаруспики с лабораторным покрытием.

«Эти результаты устанавливают чувствительность коллективного потока при столкновениях легких ионов как к исходной геометрии, так и к реакции гидродинамической среды», – исследователи напишите.

«Они накладывают строгие ограничения на модели коллективности малых систем и открывают ценные последствия для исследований ядерной структуры».

Результаты были опубликованы в журнале Physical Review Letters.