اكتشف الفيزيائيون جزيرة نووية جديدة حيث تنهار الأرقام السحرية

حدد الباحثون “جزيرة الانقلاب” في نوى البروتون والنيوترونات المتماثلة لأول مرة.

لسنوات عديدة، اعتقد علماء الفيزياء النووية أن “جزر الانقلاب” موجودة بشكل رئيسي في النوى الغنية بالنيوترونات. هذه هي مناطق المخطط النووي حيث تتوقف القواعد المعتادة للبنية النووية عن العمل. وفي هذه الحالات النادرة، لا تعود الأرقام السحرية المألوفة قابلة للتطبيق، وتفسح الأشكال الكروية المجال لأشكال مشوهة، وتتعرض النوى لتشوهات قوية بشكل غير متوقع.

حتى الآن، كل الأمثلة المعروفة تتضمن أنظمة غريبة للغاية، بما في ذلك البريليوم 12 (N = 8)، والمغنيسيوم 32 (N = 20)، والكروم 64 (N = 40)، وكلها بعيدة كل البعد عن النوى المستقرة الموجودة في الطبيعة.

كشفت دراسة جديدة أجراها تعاون دولي يضم مركز الدراسات النووية الغريبة، ومعهد العلوم الأساسية (IBS)، وجامعة بادوفا، وجامعة ولاية ميشيغان، وجامعة ستراسبورغ، ومؤسسات أخرى، عن شيء غير متوقع على الإطلاق. حدد الباحثون جزيرة الانقلاب في واحدة من أكثر المناطق تناسقًا في المخطط النووي، حيث يكون عدد البروتونات والنيوترونات هو نفسه.

اختبار التماثل عند الخط N = Z

ركز الفريق على نظيرين من الموليبدينوم، الموليبدينوم 84 (Z = N = 42) والموليبدينوم 86 (Z = 42، N = 44). تقع هذه النوى على طول خط N = Z، وهي منطقة مهمة علميًا ولكنها تمثل تحديًا تقنيًا لأن مثل هذه النظائر يصعب إنتاجها في المختبر. باستخدام حزم النظائر النادرة في جامعة ولاية ميشيغان مع أجهزة كشف أشعة غاما الحساسة للغاية، قام الباحثون بقياس عمر الحالات النووية المثارة بدقة مستوى البيكو ثانية.

لتوليد الحزم، أنشأ العلماء نوى Mo 86 سريعة الحركة عن طريق ضرب هدف البريليوم بأيونات Mo 92 المتسارعة. تم بعد ذلك استخدام فاصل A1900 لعزل الأجزاء المطلوبة من العديد من المنتجات التي تم إنشاؤها في الاصطدام.

تم توجيه نوى Mo 86 المختارة إلى هدف ثانٍ، حيث أصبح بعضها متحمسًا، وتحول البعض الآخر إلى Mo 84 عن طريق فقدان نيوترونين. وعندما استرخت هذه النوى عائدة إلى حالتها الأساسية، أطلقت أشعة غاما التي تحمل معلومات مفصلة عن بنيتها الداخلية.

تم تسجيل أشعة جاما المنبعثة باستخدام GRETINA، وهي مجموعة كاشفات جرمانيوم عالية الدقة قادرة على تتبع تفاعلات أشعة جاما الفردية، جنبًا إلى جنب مع TRIPLEX، وهي أداة مصممة لقياس فترات حياة قصيرة للغاية بمقياس جزء من تريليون من الثانية. ومن خلال مقارنة البيانات التجريبية مع عمليات محاكاة GEANT4 مونت كارلو، تمكن الباحثون من تحديد عمر الحالات المثارة الأولى واستنتاج مدى قوة تشوه النوى.

تتصرف النوى المتطابقة تقريبًا بشكل مختلف تمامًا

وكشفت القياسات أن Mo-84 يتصرف بشكل مختلف تمامًا عن Mo-86، على الرغم من أن النظيرين يختلفان بنترونين فقط. أظهر Mo-84 درجة كبيرة بشكل استثنائي من الحركة الجماعية، وهي علامة على أن العديد من البروتونات والنيوترونات يتم تعزيزها معًا عبر فجوة كبيرة في القشرة. يصف علماء الفيزياء النووية هذه العملية بأنها “إثارة ثقب-جسيم”: تقفز بعض النيوكليونات إلى المدارات ذات الطاقة الأعلى (الجسيمات)، تاركة أماكن شاغرة في المدارات ذات الطاقة المنخفضة (الثقوب). كلما زاد عدد النيوكليونات التي تشارك في هذه القفزات المنسقة، كلما زاد تشوه النواة.

تشرح الحسابات المتقدمة التي أجراها الفريق هذا التناقض المذهل. في Mo-84، تخضع كل من البروتونات والنيوترونات لإثارة كبيرة جدًا في ثقب الجسيمات المتزامنة – وهي عملية إعادة ترتيب لثمانية جسيمات وثمانية فتحات – مما ينتج عنه شكلًا مشوهًا بشدة.

ينشأ هذا السلوك من تفاعل خاص بين تناظر البروتون والنيوترون وتضييق فجوة القشرة عند ن = ز = 40، مما يجعل مثل هذه الإثارات المنسقة سهلة بشكل غير عادي. والأهم من ذلك، أن النماذج توضح أنه لا يمكن إعادة إنتاج هذا التشوه دون تضمين قوى ثلاثية النيوكليونات، وهي تفاعلات تعمل فيها ثلاث نيوكليونات معًا. النماذج التي تتضمن فقط التفاعل التقليدي بين النيوكليونين تفشل في توليد البنية المرصودة.

في المقابل، يُظهر Mo-86 إثارات متواضعة 4p-4h وبالتالي يظل أقل تشوهًا بكثير. تظهر هذه النتائج المجمعة أن Mo-84 يتواجد داخل “جزيرة الانعكاس” التي تم تحديدها حديثًا بينما يقع Mo-86 خارجها.

تم اكتشاف “جزيرة الانعكاس المتماثل Isospin” الجديدة من خلال هذه الدراسة على ن = ز نويدة Mo-84 هي الحالة الأولى لجزيرة الانقلاب التي تظهر في نوى البروتون النيوترون المتماثلة. يتحدى هذا الاكتشاف الافتراضات القديمة حول المكان الذي يمكن أن تحدث فيه الانقلابات الهيكلية ويوفر نافذة جديدة على القوى الأساسية التي تربط المادة ببعضها البعض.

المرجع: “التركيب المفاجئ في نظائر الموليبدينوم الغريبة للاستخفاف المتماثل. Bazin, MA Bentley, St. Biswas, St. Carollo, ML Cortes, R. Elder, R. Survey, P. R. اتصالات الطبيعة.
دوى: 10.1038/s41467-025-65621-2

تم دعم هذا العمل من قبل معهد العلوم الأساسية (IBS-R031-Y3)؛ IRI-I002619N من مؤسسة FWO للأبحاث – فلاندرز. تعترف AP بدعم المنحة رقم. CEX2020-001007-S بتمويل من MCIN/AEI/10.13039/501100011033 وPID2021-127890NB-I00.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.