پروتون های موجود در برخی از انواع هیدروژن و هلیوم رفتار عجیبی دارند

در برخی از انواع هلیوم و هیدروژن، احتمال جفت شدن پروتون‌ها شش برابر بیشتر از سایر اتم‌ها است – که می‌تواند به این معنی باشد که چیزی در مورد نیروی هسته‌ای قوی وجود دارد که ما نمی‌دانیم.

توسط کارملا بادویک کالاهان

به نظر می رسد در داخل هسته برخی اتم ها، پروتون ها کارهای غیرمنتظره ای انجام می دهند. وقتی خیلی به هم نزدیک می شوند، خیلی بیشتر از حد معمول با هم جفت می شوند و فیزیکدان ها دلیل آن را کاملاً نمی دانند. رسیدن به عمق این پدیده می تواند به ما در درک بهتر نیروی هسته ای قوی کمک کند که بر تعاملات در مقیاس های بسیار کوچک حاکم است.

جان آرینگتون در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی در کالیفرنیا و همکارانش پرتوی از الکترون‌های بسیار پرانرژی را به سمت هدفی که از نسخه سبک‌تر هلیوم به نام هلیوم-3 و تریتیوم، نسخه رادیواکتیو هیدروژن ساخته شده بود، هدایت کردند تا به برهم‌کنش‌های ناشناخته قبلی بین پروتون‌ها بپردازند. و نوترون در هسته آن.

وقتی پروتون‌ها و نوترون‌های درون هسته‌ای مانند یک چهارم میلیونیم متر به یکدیگر نزدیک می‌شوند، برای مدت کوتاهی جفت می‌شوند و سپس با تکانه زیادی به دور می‌روند. آرینگتون می‌گوید که با اندازه‌گیری سرعت یا انرژی الکترون‌ها در باریکه جفت‌های برگشتی، محققان می‌توانند شمارش کنند که چند ذره دوتایی یا پروتون- پروتون یا پروتون- نوترون هستند.

آرینگتون می گوید که نتیجه غیرمنتظره بود. آزمایش‌های مشابه در گذشته با استفاده از اتم‌هایی مانند کربن یا سرب نشان می‌دهد که تنها حدود 3 درصد از جفت شدن در هر هسته بین دو پروتون بود، اما برای هلیوم-3 و تریتیوم، محققان این عدد را نزدیک‌تر به 20 درصد یافتند. .

آرینگتون می‌گوید که هسته‌های هلیوم-3 و تریتیوم نسبت به هسته‌هایی که قبلاً مورد بررسی قرار گرفته‌اند فشرده‌تر با ذرات کمتری دارند، که می‌تواند به این معنی باشد که ذرات کمتر به یکدیگر نزدیک می‌شوند، اما ترجیح بیشتری برای پروتون‌های جفت‌شونده دارند. او می‌گوید که چنین عدم تعادلی می‌تواند مشخصه‌ای از نحوه عملکرد نیروهای هسته‌ای در فواصل بسیار کوچک باشد که هنوز به طور کامل درک نشده است.

لارنس واینستاین از دانشگاه اولد دومینیون در ویرجینیا می گوید، تعداد زیاد جفت پروتون ممکن است نشان دهنده برخی چین و چروک های جدید در نیروی هسته ای قوی باشد، اما قبل از اینکه بتوان نتیجه را قطعی کرد، باید مدل های نظری دقیق و دقیق تری از آزمایش ایجاد شود.

مارک استریکمن از دانشگاه ایالتی پن می‌گوید اگر مطالعات آینده این یافته‌ها را تأیید کند، می‌تواند بر طرز فکر فیزیکدانان درباره ستاره‌های نوترونی تأثیر بگذارد. ذرات در این ستارگان به قدری نزدیک به هم انباشته می شوند که متراکم ترین اجرام در جهان هستند. استریکمن می گوید که یک ستاره نوترونی چقدر می تواند جرم داشته باشد تا حدی به نحوه تعامل نوترون ها و پروتون ها در زمانی که بسیار نزدیک به یکدیگر هستند بستگی دارد.

مرجع مجله: طبیعت خلق و خوDOI: 10.1038/s41586-022-05007-2