به تازگی محققان هسته‌های اتمی با شکل‌های عجیب و غریب را یافته‌اند. این شکل‌های غیرعادی نشانی از کاهش تدریجی تقارن در بعضی هسته‌های اتمی است. این مطالعات که در مجله‌ی نیچر در ۹ ماهِ می انتشار یافته است٬ دانشمندان را قادر خواهد ساخت تا درک بهتری از ساختارهای زیراتمی داشته باشند و راه جدیدی را به سوی یافتن ذرات و نیروهای جدید باز می‌کند.
هسته‌های اتمی در شکل‌ها و اندازه‌های مختلفی ظاهر می‌شوند. اکنون محققان به اندازه‌گیری‌های دقیقی از یک شکل منحصر به فرد دست‌یافته‌اند: هسته‌هایی به شکل گلابی. به بیان کریستوفر لیستر (Christopher Lister) فیزیک‌پیشه‌ای از دانشگاه ماساچوست در لوویل:«این نتیجه‌ا‌ی زیبا و کاملاً روشن از یک آزمایش بسیار دقیق است.»
در نمودارهایی که در کتب درسی دوره‌ی متوسطه رسم می‌شوند هسته‌ی اتم را به شکل کروی نمایش می‌دهند اما واقعیت بسیار پیچیده‌تر است. پروتون‌ها و نوترون‌ها در فضایی که تنها به اندازه‌ی 10[SUP]-15[/SUP] متر پهنا دارد گنجانده شده و توسط نیروی بسیارقوی درکنار یکدیگر نگه‌داشته شده‌اند. همزمان٬ ذرات زیراتمی دائماً در حال حرکت بوده و دورتادور هسته تغییر مکان می‌دهند و بعضی اوقات هسته را به شکل یک توپ فوتبال یا حتی یک صفحه‌ی مسطح می‌پیچانند.
تمامی این شکل‌ها به صورت عمودی و افقی متقارن هستند. بر اساس پیش‌بینی تعدادی از نظریه‌ها٬ هسته‌های تغییرشکل‌یافته می‌توانند ویژگی‌های جدید فیزیکی را به نمایش بگذارند. بنابراین فیزیک‌دانان در پی یافتن هسته‌هایی با شکل‌های نامتقارن هستند. آزمایش‌هایی که در چند دهه‌ی گذشته انجام شده‌اند نشان‌دهنده‌ی وجود آرایش‌های معینی از پروتون‌ها و نوترون‌ها است. چنین آرایش‌هایی هسته‌های گلابیشکل را تشکیل می‌دهند: هسته‌ای که از یک سو باریک‌تر و از سمت دیگر برآمدگی دارد.
در مطالعه‌ی جدیدی که انجام یافته٬ پیتر بوتلر (Peter Butler) فیزیک‌پیشه‌ای از دانشگاه لیورپول در انگلستان و یک تیم بین‌المللی در جستجوی دو هسته بودند که مستعد شکل گلابی هستند: رادون ۲۲۰ که از ۸۶ پروتون و ۱۳۴ نوترون ساخته شده و رادیوم ۲۲۴ که ۸۸ پروتون و ۱۳۶ نوترون دارد. دانشمندان با مطالعه و اندازه‌گیری الگوی تابشی این اتم‌ها می‌توانند شکل هسته را تعیین کنند.
در تجهیزات جداساز ایزوتوپ جرمی روی خط (On-Line Isotope Mass Separator facility) در مرکز سرن که در خارج از ژنو قرار دارد٬ تیم بولتر پروتون‌ها را بر روی بریده‌ای از کاربید اورانیوم شلیک کردند. پروتون‌های پرانرژی اتم‌های موجود در آن شبکه را درهم می‌شکنند و توده‌ای از اتم‌های غیرعادی را تولید می‌کنند که شامل رادون ۲۲۰ و رادیوم ۲۲۴ است. این محققان ایزوتوپ‌هایی را که در پی آن بوده‌اند ***** کرده و الکترون اتم‌ها را جدا می‌کنند. آن‌چه باقی می‌ماند انباشته‌ای از هسته‌ها خواهد بود. سپس از یک آهنربا برای شتاب دادن این هسته‌ها تا سرعت‌هایی حدود ۱۰ درصد سرعت نور استفاده کرده و آن‌ها را به سمت لایه‌ی نازکی از یک فویل فلزی شتاب می‌دهند. این هسته‌ها بهنگام عبور٬ با اتم‌های ثابتی که در فویل وجود دارند اندرکنش می‌کنند؛ نتیجه٬ جریان قابل ملاحظه‌ای از تابش گاما خواهد بود.
اندازه‌گیری‌هایی که بر روی این تابش انجام شده٬ حاکی از آن است که هم رادون ۲۲۰ و هم رادیوم ۲۲۴ شکل نامتقارن گلابیشکل دارند. رادیوم به شکل یک گلابی صلب ظاهر می‌شود، درحالی‌که رادون شکل متغیری دارد، یعنی جرم آن به شکل پیوسته درحال جنبش بوده و دوانتهای نازک و پهن آن جاهای خود را مرتباً تغییر می‌دهند.
به گفته‌ی مت دیتریش (Matt Dietrich) فیزیک‌پیشه‌ای از آزمایشگاه ملی آرگون (Argonne) در ایالت ایلینوی (Illinois):«آن شبیه یک توپ ژله ای نوسان می‌کند.»
دیتریش از این‌که تیم بولتر به چنین اندازه‌گیری‌های دقیقی در ابعاد چنین هسته‌هایی دست‌یافته‌اند تحت تاثیر قرار گرفته‌است. این اندازه‌گیری‌ها به تحلیل‌های پرمغز از فیزیکی که در درون این هسته‌ها رخ می‌دهد خواهد انجامید. دیتریش در کار خود به دنبال پدیده‌ای موسوم به ممان دوقطبی الکتریکی است که در آن مرکز بار مثبت ذره یا اتم بر مرکز بار منفی آن منطبق نیست.
در هیچ‌یک از اتم‌هایی که تحت اندازه‌گیری واقع شده‌اند چنین ممان دوقطبی وجود ندارد و هسته‌های باردار مثبت کاملاً در مرکز ابر الکترونی باردار منفی قرار می‌گیرد. دیتریش و همکارانش معتقدند که این توزیع ناهموار بار مثبت در یک هسته‌ی نامتقارن موجب می‌شود تا بتوان آن هسته را کاندیدای مناسبی جهت نمایش یک ممان دوقطبی به حساب آورد. مدل استاندارد فیزیک ذرات پیش‌بینی می‌کند که اتم‌ها بایستی تقریبا ممان دوقطبی الکتریکی نداشته باشند بنابراین یافتن این ممان‌های الکتریکی از وجود ردپای ذره یا نیروی کشف‌نشده‌ای خبر می‌دهد.
منبع:
http://www.sciencenews.org/view/gene...ts_pear-shaped
http://psi.ir/html/general/index_f.html
هسته‌های اتمی در شکل‌ها و اندازه‌های مختلفی ظاهر می‌شوند. اکنون محققان به اندازه‌گیری‌های دقیقی از یک شکل منحصر به فرد دست‌یافته‌اند: هسته‌هایی به شکل گلابی. به بیان کریستوفر لیستر (Christopher Lister) فیزیک‌پیشه‌ای از دانشگاه ماساچوست در لوویل:«این نتیجه‌ا‌ی زیبا و کاملاً روشن از یک آزمایش بسیار دقیق است.»
در نمودارهایی که در کتب درسی دوره‌ی متوسطه رسم می‌شوند هسته‌ی اتم را به شکل کروی نمایش می‌دهند اما واقعیت بسیار پیچیده‌تر است. پروتون‌ها و نوترون‌ها در فضایی که تنها به اندازه‌ی 10[SUP]-15[/SUP] متر پهنا دارد گنجانده شده و توسط نیروی بسیارقوی درکنار یکدیگر نگه‌داشته شده‌اند. همزمان٬ ذرات زیراتمی دائماً در حال حرکت بوده و دورتادور هسته تغییر مکان می‌دهند و بعضی اوقات هسته را به شکل یک توپ فوتبال یا حتی یک صفحه‌ی مسطح می‌پیچانند.
تمامی این شکل‌ها به صورت عمودی و افقی متقارن هستند. بر اساس پیش‌بینی تعدادی از نظریه‌ها٬ هسته‌های تغییرشکل‌یافته می‌توانند ویژگی‌های جدید فیزیکی را به نمایش بگذارند. بنابراین فیزیک‌دانان در پی یافتن هسته‌هایی با شکل‌های نامتقارن هستند. آزمایش‌هایی که در چند دهه‌ی گذشته انجام شده‌اند نشان‌دهنده‌ی وجود آرایش‌های معینی از پروتون‌ها و نوترون‌ها است. چنین آرایش‌هایی هسته‌های گلابیشکل را تشکیل می‌دهند: هسته‌ای که از یک سو باریک‌تر و از سمت دیگر برآمدگی دارد.
در مطالعه‌ی جدیدی که انجام یافته٬ پیتر بوتلر (Peter Butler) فیزیک‌پیشه‌ای از دانشگاه لیورپول در انگلستان و یک تیم بین‌المللی در جستجوی دو هسته بودند که مستعد شکل گلابی هستند: رادون ۲۲۰ که از ۸۶ پروتون و ۱۳۴ نوترون ساخته شده و رادیوم ۲۲۴ که ۸۸ پروتون و ۱۳۶ نوترون دارد. دانشمندان با مطالعه و اندازه‌گیری الگوی تابشی این اتم‌ها می‌توانند شکل هسته را تعیین کنند.
در تجهیزات جداساز ایزوتوپ جرمی روی خط (On-Line Isotope Mass Separator facility) در مرکز سرن که در خارج از ژنو قرار دارد٬ تیم بولتر پروتون‌ها را بر روی بریده‌ای از کاربید اورانیوم شلیک کردند. پروتون‌های پرانرژی اتم‌های موجود در آن شبکه را درهم می‌شکنند و توده‌ای از اتم‌های غیرعادی را تولید می‌کنند که شامل رادون ۲۲۰ و رادیوم ۲۲۴ است. این محققان ایزوتوپ‌هایی را که در پی آن بوده‌اند ***** کرده و الکترون اتم‌ها را جدا می‌کنند. آن‌چه باقی می‌ماند انباشته‌ای از هسته‌ها خواهد بود. سپس از یک آهنربا برای شتاب دادن این هسته‌ها تا سرعت‌هایی حدود ۱۰ درصد سرعت نور استفاده کرده و آن‌ها را به سمت لایه‌ی نازکی از یک فویل فلزی شتاب می‌دهند. این هسته‌ها بهنگام عبور٬ با اتم‌های ثابتی که در فویل وجود دارند اندرکنش می‌کنند؛ نتیجه٬ جریان قابل ملاحظه‌ای از تابش گاما خواهد بود.
اندازه‌گیری‌هایی که بر روی این تابش انجام شده٬ حاکی از آن است که هم رادون ۲۲۰ و هم رادیوم ۲۲۴ شکل نامتقارن گلابیشکل دارند. رادیوم به شکل یک گلابی صلب ظاهر می‌شود، درحالی‌که رادون شکل متغیری دارد، یعنی جرم آن به شکل پیوسته درحال جنبش بوده و دوانتهای نازک و پهن آن جاهای خود را مرتباً تغییر می‌دهند.
به گفته‌ی مت دیتریش (Matt Dietrich) فیزیک‌پیشه‌ای از آزمایشگاه ملی آرگون (Argonne) در ایالت ایلینوی (Illinois):«آن شبیه یک توپ ژله ای نوسان می‌کند.»
دیتریش از این‌که تیم بولتر به چنین اندازه‌گیری‌های دقیقی در ابعاد چنین هسته‌هایی دست‌یافته‌اند تحت تاثیر قرار گرفته‌است. این اندازه‌گیری‌ها به تحلیل‌های پرمغز از فیزیکی که در درون این هسته‌ها رخ می‌دهد خواهد انجامید. دیتریش در کار خود به دنبال پدیده‌ای موسوم به ممان دوقطبی الکتریکی است که در آن مرکز بار مثبت ذره یا اتم بر مرکز بار منفی آن منطبق نیست.
در هیچ‌یک از اتم‌هایی که تحت اندازه‌گیری واقع شده‌اند چنین ممان دوقطبی وجود ندارد و هسته‌های باردار مثبت کاملاً در مرکز ابر الکترونی باردار منفی قرار می‌گیرد. دیتریش و همکارانش معتقدند که این توزیع ناهموار بار مثبت در یک هسته‌ی نامتقارن موجب می‌شود تا بتوان آن هسته را کاندیدای مناسبی جهت نمایش یک ممان دوقطبی به حساب آورد. مدل استاندارد فیزیک ذرات پیش‌بینی می‌کند که اتم‌ها بایستی تقریبا ممان دوقطبی الکتریکی نداشته باشند بنابراین یافتن این ممان‌های الکتریکی از وجود ردپای ذره یا نیروی کشف‌نشده‌ای خبر می‌دهد.
منبع:
http://www.sciencenews.org/view/gene...ts_pear-shaped
http://psi.ir/html/general/index_f.html