Vedci študujú exotické tvary jadier

15. mar. 2018 • Fyzikálne vedy

Vedci študujú exotické tvary jadier

Štúdium exotických tvarov jadier, najmä extrémnej deformácie, je zaujímavou kapitolou dnešného výskumu na poli jadrovej fyziky. V niekoľkých jadrách sa pozorovali superdeformované (SD) stavy (s približným pomerom 2 : 1 : 1), zatiaľ čo vzhľad hyperdeformácie (HD), t. j. elipsoidného tvaru 3 : 1 : 1 je horúcou témou na diskusiu. Zvlášť zaujímavá je ich existencia vo výpočtoch štruktúry jadra N = Z, v rámci ktorých vedci študujú úlohu párovania, štvorcovania, isospínovania, atď. Pokiaľ ide o vzhľad týchto tvarových izomérov, zvyčajne rôzne kalkulácie štruktúry poskytujú rovnaké alebo veľmi podobné výsledky pri predpovedaní T vzhľadu týchto tvarových izomérov, čo poskytuje pomerne spoľahlivú predpoveď. Typicky používanými sú metódy veľkoplošného modelu škrupín, Nilssonovho modelu, teórie priemerného poľa, klastrových modelov, antisymetrickej molekulovej dynamiky, atď.

Odpovedať na otázku, ktoré reakčné kanály môžu tieto izoméry tvarovať, nie je tak ľahké. Nielenže chýbajú reakčné štúdie, ale tiež nie je známe spojenie medzi štruktúrou a reakčnými kanálmi. V tomto ohľade sa nová metóda založená na symetrii, vynájdená maďarskými účastníkmi, zdá byť sľubná, konštatujú tvorcovia projektu Exotické tvary jadier skúmané v prieniku štúdia štruktúry a jadrových reakcií (Exotic nuclear shapes in the intersection of structure and reaction studies).

Uvedený projekt je riešený ako dvojstranná spolupráca medzi akadémiami vied, konkrétne medzi ústavom ATOMKI Maďarskej akadémie vied (Debrecen) a medzi Fyzikálnym ústavom SAV (Bratislava). Za slovenskú stranu je zodpovedným riešiteľom doc. RNDr. Emil Běták, DrSc., Fyzikálny ústav SAV. Projekt trvá v období 1. 1. 2016 – 31. 12. 2018.

Pravdepodobne najdôslednejší model reakcie je podľa odborníkov model pred rovnováhou, ktorý je schopný pokryť tak predbežnú rovnovážnu oblasť, ako aj rovnovážne jadro komponentov. „S určitými obmedzeniami môže byť aj priama reakcia ´preložená´ do formalizmu modelu pre-rovnovážneho excitónu, hoci tým zaplatíme čiastočnou stratou informácií špecifických pre priame reakcie. Môžu sa aplikovať na reakcie indukované nukleónmi a ľahkými časticami, ale aj na tie, ktorými sú ťažké ióny. Emisia klastrov je v nich zahrnutá už niekoľko desaťročí. Preto sa domnievame, že je vhodným nástrojom pre predikcie v širokom rozsahu. Ak tak urobíme, mali by sme mať na pamäti, že model je veľmi hrubý a neumožňuje zachytiť všetky podrobné črty procesu.“

V symetricky riadených štruktúrnych štúdiách sa model Nilsson aplikuje v kombinácii s kvázi dynamickými úvahami o symetrii. Ako bolo uvedené vyššie, musí sa použiť nielen teória jadrovej štruktúry, ale aj teória jadrových reakcií. „Je potrebné použiť takú formu teórie, ktorá je použiteľná (a schopná poskytnúť rozumný opis údajov) pre veľmi širokú škálu reakcií od nukleónmi indukovaných až po ťažké iontové kolízie a ktorá je schopná byť aplikovaná na ako emisie nukleónov, tak aj klastrové emisie. Zároveň potrebujeme, aby sa jedna teória aplikovala na širokú škálu reakcií, obsahujúcich na jednej strane rovnovážne zložené jadro, prechádzala cez rovnováhu a sama o sebe mala možnosť začleniť priame reakcie, ako je pickup, knockout alebo dokonca aj zlomenie projektilu. Pri niektorých nepatrných aproximáciách je model pre-rovnovážneho excitónu schopný tejto úlohy,“ zhodujú sa tvorcovia projektu.

V rámci tohto projektu sa tak kombinujú hlboké skúsenosti s výpočtom jadrovej štruktúry (Debrecín) s úspešným dlhodobým súborom výsledkov výskumu rozšírených modelov predbežnej rovnováhy (Bratislava). „Náš prístup by ponúkal niečo úplné – zaobchádzanie s extrémne deformovanými jadrovými stavmi. Bez plánovanej spolupráce s týmto komplexným skúmaním by to nebolo možné. Chceme sa zamerať na najslabší bod nášho súčasného chápania: Ako súhra spolupráce štrukturálnych a reakčných aspektov ovplyvňujú vzhľad a populáciu a/alebo rozpad tvarových izomérov. Prístup, ktorý plánujeme, sa zdá byť jedinečný a navyše pravdepodobne to môže priniesť nové svetlo na poli fyzikálnych problémov. Existuje tiež veľká šanca, že kombinovaná štruktúrno-reakčná metóda môže byť prínosná aj v jadrovej oblasti astrofyziky, ako aj vo vzťahu k výrobe super ťažkých prvkov,“ konštatovali vedci.

*********************************************

Doc. RNDr. Emil Běták, DrSc. ešte pridáva objasnenie niektorých pojmov:

ATÓM – najmenšia čiastočka hmoty, ktorá si ešte zachováva základné fyzikálne a chemické vlastnosti daného prvku. Skladá sa z (kladne nabitého) atómového jadra a (záporne nabitého) elektrónového obalu. Rozmer jadra je približne 100 000 krát menší než rozmer atómu, ale má (zvyčajne) viac ako 99,9 % celkovej hmotnosti atómu.

JADRO – skladá sa z kladne nabitých protónov a z neutrónov, ktoré sú bez elektrického náboja. Existenciu jadra objavil začiatkom 20. storočia britský fyzik E. Rutherford (pôvodom z N. Zélandu).

ČASTICE – po niekoľkých prvých objavených  časticiach (elektrón, protón, neutrón, mí-mezón, pí-mezón ...) ich počet rýchlo rástol; dnes sú známe stovky častíc. Podľa ich vlastností (hmotnosť, elektrický náboj, spin a i.) ich delíme do niekoľkých skupín. Protón a neutrón (a rad ďalších, tu nespomenutých častíc) sú tzv.  baryóny. Sú to pomerne ťažké častice a tvoria to, čo je v bežnom (neodbornom) živote považované za hmotu. Elektrón a mí-mezón (pozor,  mí-mezón nie je mezón, ale to sa zistilo až neskoršie) sú leptóny, čo je „rodina“ príbuzná elektrónu a často pre nich platia rovnaké alebo podobné pravidlá. Sú to – podobne ako baryóny – tiež častice, z ktorých sa skladá obyčajná (alebo skoro obyčajná) hmota. Mezóny sú častice hmotnosťou medzi leptónmi a baryónmi (odtiaľ aj ich meno – „mezo“ znamená „medzi“) a spôsobujú vzájomné interakcie rôznych častíc.

Existuje aj ďalšie delenie častíc, a to podľa spinu. Spin je niečo ako úhlový moment (správa sa ako úhlový moment, ale nijako nesúvisí so žiadnou skutočnou rotáciou (!) a jeho veľkosť môže byť pre častice vyjadrená ako poločíselný násobok (redukovanej) Planckovej konštanty alebo jej celočíselný násobok. Zdanlivo nepodstatný detail, ale má obrovské dôsledky: Častice s poločíselným spinom (leptóny, baryóny) nemôžu byť dve alebo viaceré rovnaké súčasne „na jednom mieste“. Tieto častice sa volajú fermióny. Z nemožnosti byť súčasne na jednom mieste vyplýva známa nepriestupnosť hmoty. Na druhej strane častíc s celočíselným spinom môže byť súčasne „na jednom mieste“ ľubovoľne veľa (v princípe až nekonečno), čiže keby hmota bola tvorená výlučne z nich, pojem nepriestupnosti hmoty by asi nikdy nevynikol. Tieto častice sa volajú bosony (sú nazvané podľa indického fyzika Boseho).

 

Odborný garant textu: doc. RNDr. Emil Běták, DrSc., Fyzikálny ústav SAV

Spracovala: Slávka Cigáňová (Habrmanová), NCP VaT pri CVTI SR

Ilustračné foto: Pixabay.com

Uverejnila: VČ

 

Hore
kúpa časopisov jún 2016
Atmosféra počas TVT 2017
Publikácie Veda v CENTRE
Aurelium - centrum vedy
CVTI SR 80. výročie
QUARK
Prechod VK na VND
TVT 2017 články
TAG Mládež
TAG QUARK
TAG Ženy vo vede
TAG Spektrum vedy
TAG Slovenská veda
TAG História
TAG Rozhovor
TAG Publikácia
TAG Zaujímavosti vo vede
TAG Centrum vedy
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Škrupina je vrstva vápnika chrániaca obsah vajíčka a zárodku vnútri vajíčka umožňuje dýchať.
Zistite viac