يلقي الاكتشاف ضوءًا جديدًا على ما يحدث داخل النواة الذرية وفي النجوم النيوترونية

اكتشف باحثون من جامعة تل أبيب أن سرعة حركة البروتونات في النواة أعلى مما كان يُعتقد سابقًا؛ ولهذا الاكتشاف أهمية كبيرة، من بين أمور أخرى، لدراسة النجوم النيوترونية، التي تعتبر النجوم الأكثر كثافة في الكون؛ ونشرت الدراسة الليلة الماضية (الاثنين) في مجلة الطبيعة

"إن المادة في عالمنا، بدءًا من جسمنا وانتهاءً بنجوم السماء، مكونة من ذرات؛ ويقول البروفيسور إيلي بيسيتسكي من كلية الفيزياء وعلم الفلك بجامعة تل أبيب، الذي قاد البحث: "تتكون كل ذرة من نواة تحتوي على بروتونات ونيوترونات (المعروفة معًا باسم النيوكلونات)، والإلكترونات التي تطفو حولها". "ولذلك فإن كل اكتشاف يتعلق بالنواة الذرية له أهمية، بطريقة أو بأخرى، في فهم الكون بأكمله."

ويعد الاكتشاف الحالي، الذي يشير إلى سرعة حركة الجسيمات داخل النواة الذرية، مساهمة مهمة، من بين أمور أخرى، في دراسة النجوم النيوترونية - النجوم الأكثر كثافة في الكون، والتي يبدو أنها مرتبطة بإنتاج النجوم النيوترونية. العناصر الثقيلة في عالمنا. أجرى البحث الباحث ميتال دوار من مختبر البروفيسور بيسكي، بمشاركة باحثين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) وجامعة ODU في فرجينيا بالولايات المتحدة الأمريكية.

لفحص ما يحدث داخل نواة الذرة، يستخدم العلماء مسرعات الجسيمات. وينتج المسرع شعاعًا من الجسيمات عالية الطاقة، ويستخدمه في "قصف" النواة حتى تتفكك. يتم قياس نواتج الاضمحلال باستخدام أجهزة كشف حساسة للغاية، وتسمح النتائج للباحثين بإعادة بناء الحدث، واستخلاص استنتاجات حول بنية النواة وما يحدث داخلها. تم إجراء البحث الحالي في مختبر جيفرسون لتسريع الإلكترون في فرجينيا بالولايات المتحدة الأمريكية.

يوضح البروفيسور بيسكي: "من المعروف أن البروتونات والنيوترونات (النيوكليونات) تتحرك داخل النواة". "في معظم الأحيان، يتحرك كل نيوكليون بمفرده، لكننا اكتشفنا في دراسات سابقة أنه في بعض الأحيان يشكل أزواجًا. تتكون هذه الأزواج دائمًا تقريبًا من بروتون ونيوترون. ووجدنا أيضًا أنه عند تكوين زوج، يتحرك كل نيوكليون في الزوج بسرعة أعلى بكثير من سرعة نيوكليون واحد. وتصل سرعة النيوكليون في مثل هذا الزوج إلى أكثر من نصف سرعة الضوء."

وفي الدراسة الحالية، اختار الباحثون مراقبة النوى الذرية للمواد الثقيلة، مثل الرصاص. يقول البروفيسور بيسكي: "في النوى الثقيلة، يكون عدد النيوترونات أعلى بكثير من عدد البروتونات". السبب: لأن البروتونات لها شحنة كهربائية موجبة، فإنها تتنافر، ومن الصعب ربط عدد كبير من البروتونات معًا لتكوين نواة مستقرة. من ناحية أخرى، لا تحتوي النيوترونات على شحنة كهربائية، ويمكن تجميع عدد أكبر منها بسهولة نسبية. ولذلك، ففي نواة ذرة الرصاص، على سبيل المثال، يوجد 126 نيوترونًا، و82 بروتونًا فقط.

على ما يبدو، في حالة وجود عدد أكبر من النيوترونات، تكون هناك فرصة أكبر لتكوين أزواج من النيوترونات. لكن الباحثين وجدوا أنه على الرغم من ذلك، فإن الغالبية العظمى من الأزواج تتكون من بروتون ونيوترون. يوضح البروفيسور بيسكي: "إنه مشابه للحفلة التي يوجد فيها عدد من الرجال (النيوترونات) أكبر بمقدار 1.5 مرة من عدد النساء (البروتونات)." "في مثل هذه الحالة، تتمتع المرأة بفرصة أكبر بكثير للرقص مع شريك، أو بعبارة أخرى: في أي لحظة، تكون نسبة البروتونات المرتبطة بالأزواج أعلى من نسبة النيوترونات الموجودة في الأزواج. وبما أن الجسيمات الموجودة في الزوج لها سرعة أعلى، فإن نسبة البروتونات ذات الطاقة الحركية المتزايدة تكون أعلى من نسبة النيوترونات ذات الطاقة الحركية المتزايدة. قد يُحدث هذا الاكتشاف تغييرًا مهمًا في النماذج المقبولة للنجوم النيوترونية: حسب فهمنا، يحتوي كل نجم نيوتروني أيضًا على نسبة صغيرة من البروتونات، وستتأثر حركتها في النجم بالنيوترونات القريبة منها، كما يحدث في النوى. ".

بالإضافة إلى ذلك، فحص الباحثون أهمية هذا الاكتشاف بالنسبة للجسيمات المعروفة باسم الكواركات، وهي اللبنات الأساسية التي تتكون منها النيوترونات والبروتونات. سيتم نشر نتائج هذه الدراسة المتعلقة بحركة الكواركات داخل أزواج النيوكليونات القريبة قريبا.

ويختتم البروفيسور بيسكي قائلاً: "إن بحثنا هو دراسة للعلوم الأساسية، دون تطبيقات فورية". "ولكن بما أن الكون بأكمله يتكون من الجسيمات التي ندرسها، فإن النتائج التي توصلنا إليها لها أهمية كبيرة لفهم العالم الذي نعيش فيه، بدءا من المستوى الأساسي."

للمادة العلمية

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• ستكون مسرعات المستقبل صغيرة الحجم وستستخدم المادة المضادة
• سر النيوترون
• البروتونات بيضاوية الشكل وليست كروية