นักฟิสิกส์ที่สิ่งอำนวยความสะดวกเร่งความเร็ว GSI/FAIRได้รับข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับโครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอมเฟอร์เมียมซึ่งเป็นองค์ประกอบทางเคมีสังเคราะห์ของอนุกรมแอคตินอยด์ที่มีเลขอะตอม 100 พวกเขาใช้เทคนิคเลเซอร์สเปกโทรสโกปีเพื่อติดตามวิวัฒนาการของรัศมีประจุนิวเคลียร์ และพบว่าเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเมื่อมีการเติมนิวตรอนในนิวเคลียส
ไอโซโทปเฟอร์เมียมที่ศึกษาโดย Warbinekและคณะ- ถูกเน้นไว้ในแผนภูมินี้ เครดิตรูปภาพ: S. Raeder
“นิวเคลียสที่หนักที่สุดที่ทราบมาจนถึงปัจจุบันเกิดจากการมีอยู่ของพวกมันจากผลกระทบของเปลือกนิวเคลียร์เชิงควอนตัม” ดร. Sebastian Raeder นักวิจัยจาก Helmholtz-Institut Mainz และ GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung และเพื่อนร่วมงานของเขา กล่าว
?สิ่งเหล่านี้เพิ่มความเสถียรของนิวเคลียสต่อปฏิกิริยาฟิชชันที่เกิดขึ้นเอง ทำให้เกิดการก่อตัวของนิวเคลียสที่หนักยิ่งยวด
?ที่จำนวนโปรตอน (Z) หรือนิวตรอน (N) ที่เรียกว่าจำนวนเฉพาะ เปลือกนิวคลีโอนิกจะแสดงช่องว่างพลังงานขนาดใหญ่ ส่งผลให้เสถียรภาพทางนิวเคลียร์เพิ่มขึ้น?
?สิ่งนี้คล้ายคลึงกับเปลือกอิเล็กตรอนแบบปิดของก๊าซมีตระกูลซึ่งส่งผลให้เกิดความเฉื่อยทางเคมี?
นิวเคลียสที่หนักที่สุดที่รู้จักซึ่งมีเลขมหัศจรรย์สำหรับทั้งโปรตอน (Z = 82) และนิวตรอน (N?=?126) คือตะกั่ว-208 ซึ่งเป็นนิวเคลียสทรงกลม
ตำแหน่งของช่องว่างกระสุนทรงกลมถัดไปเลยตะกั่ว-208 ยังไม่ทราบแน่ชัด แบบจำลองนิวเคลียร์ทำนายบ่อยที่สุดที่ Z =?114, Z?=?120 หรือ Z?=?126 และ N?= 172 หรือ N?=?184.?
การเปลี่ยนแปลงของการทำนายนี้มีสาเหตุหลักมาจากปัจจัยอื่นๆ เนื่องจากมีความหนาแน่นระดับอนุภาคเดี่ยวขนาดใหญ่ในนิวเคลียสที่หนักที่สุด
ผู้เขียนใช้วิธีที่ใช้เลเซอร์ในการตรวจสอบนิวเคลียสของอะตอมเฟอร์เมียม ซึ่งมีโปรตอน 100 ตัว (Z = 100) และมีนิวตรอนระหว่าง 145 ถึง 157 ตัว (N?=?145-157)
โดยเฉพาะอย่างยิ่งพวกเขาได้ศึกษาอิทธิพลของผลกระทบของเปลือกกลควอนตัมต่อขนาดของนิวเคลียสของอะตอม
?สิ่งนี้ทำให้เกิดการฉายแสงบนโครงสร้างของนิวเคลียสเหล่านี้ในช่วงรอบเอฟเฟกต์เปลือกที่ทราบที่นิวตรอนหมายเลข 152 จากมุมมองใหม่ ดร.เรเดอร์กล่าว
?ที่เลขนิวตรอนนี้ ก่อนหน้านี้มีการสังเกตลายเซ็นของการปิดเปลือกนิวตรอนในแนวโน้มของพลังงานยึดเหนี่ยวนิวเคลียร์
?ความแข็งแกร่งของเอฟเฟกต์เปลือกถูกวัดโดยการวัดมวลที่มีความแม่นยำสูงที่ GSI/FAIR ในปี 2012?
?เนื่องจากมวลเทียบเท่ากับพลังงานตามแนวทางของไอน์สไตน์ การวัดมวลเหล่านี้จึงบอกเป็นนัยเกี่ยวกับพลังงานยึดเหนี่ยวพิเศษที่เอฟเฟกต์เปลือกมอบให้
“นิวเคลียสของอะตอมที่อยู่รอบๆ นิวตรอนหมายเลข 152 เป็นม้านั่งทดสอบที่เหมาะสำหรับการศึกษาเชิงลึก เนื่องจากพวกมันมีรูปร่างเหมือนลูกรักบี้มากกว่าทรงกลม”
?การเปลี่ยนรูปนี้ทำให้โปรตอนจำนวนมากในนิวเคลียสของพวกมันอยู่ห่างจากกันมากกว่าในนิวเคลียสทรงกลม?
สำหรับการตรวจวัดในปัจจุบัน นักวิจัยได้ตรวจสอบไอโซโทปเฟอร์เมียมที่มีอายุตั้งแต่ไม่กี่วินาทีไปจนถึงหนึ่งร้อยวัน โดยใช้วิธีต่างๆ ในการผลิตไอโซโทปเฟอร์เมียม และโดยการพัฒนาระเบียบวิธีในเทคนิคเลเซอร์สเปกโทรสโกปีที่ใช้
ไอโซโทปอายุสั้นถูกผลิตขึ้นที่โรงงานเครื่องเร่ง GSI/FAIR โดยมีอะตอมเพียงไม่กี่อะตอมต่อนาทีสำหรับการทดลองในบางกรณี
นิวเคลียสที่ผลิตออกมาถูกหยุดในก๊าซอาร์กอนและหยิบอิเล็กตรอนขึ้นมาเพื่อสร้างอะตอมที่เป็นกลาง ซึ่งจากนั้นจะถูกตรวจสอบด้วยแสงเลเซอร์
ไอโซโทปเฟอร์เมียมอายุยืนที่อุดมด้วยนิวตรอน (เฟอร์เมียม-255, เฟอร์เมียม-257) ผลิตในปริมาณพิโกแกรมที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์ในโอ๊กริดจ์ สหรัฐอเมริกา และที่ Institut Laue-Langevinat Grenoble ประเทศฝรั่งเศส
ผลลัพธ์ของพวกเขาให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงรัศมีประจุนิวเคลียร์ในไอโซโทปเฟอร์เมียมทั่วนิวตรอนหมายเลข 152 และแสดงให้เห็นการเพิ่มขึ้นที่สม่ำเสมอและสม่ำเสมอ
ผลการทดลองของเราและการตีความด้วยวิธีทางทฤษฎีสมัยใหม่แสดงให้เห็นว่าในนิวเคลียสเฟอร์เมียม ผลกระทบของเปลือกนิวเคลียร์มีอิทธิพลลดลงต่อรัศมีประจุนิวเคลียร์ ตรงกันข้ามกับอิทธิพลอย่างมากต่อพลังงานที่ยึดเหนี่ยวของนิวเคลียสเหล่านี้ ดร. เจสซิกา วาร์บิเน็ค นักวิจัยจาก CERN กล่าว
ผลลัพธ์ยืนยันการคาดการณ์ทางทฤษฎีว่าผลกระทบของเปลือกเฉพาะที่ซึ่งมีนิวตรอนและโปรตอนเพียงไม่กี่ตัว จะสูญเสียอิทธิพลเมื่อมวลนิวเคลียร์เพิ่มขึ้น
ในทางกลับกัน เอฟเฟกต์มีอิทธิพลเหนือนิวคลีออนทั้งหมดรวมกัน โดยนิวเคลียสค่อนข้างถูกมองว่าเป็นของเหลวที่มีประจุ
ที่ผลลัพธ์ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารธรรมชาติ-
-
โดย เจ. วาร์บินและคณะ- 2024. แนวโน้มที่ราบรื่นของรัศมีประจุเฟอร์เมียมและผลกระทบของผลกระทบของเปลือกธรรมชาติ634, 1075-1079; สอง: 10.1038/s41586-024-08062-z
