VẬT LÝ HIỆN ĐẠI

Việc giải quyết những câu hỏi này có thể mở ra những bí mật của sự tồn tại và mở ra một kỷ nguyên khoa học mới trong vòng vài thập kỷ. Đây là một câu chuyện về vật lý hiện đại: Hai nhà khoa học làm việc tại cùng một trường đại học trong các lĩnh vực khác nhau. Một người nghiên cứu các vật thể khổng lồ ở cách xa Trái Đất. Người kia bị mê hoặc bởi những thứ nhỏ bé ngay trước mặt mình. Để thỏa mãn sự tò mò của mình, một người chế tạo kính thiên văn mạnh nhất thế giới và người kia chế tạo kính hiển vi tốt nhất thế giới. Khi họ tập trung các thiết bị của mình vào các vật thể ngày càng xa và nhỏ hơn, họ bắt đầu quan sát các cấu trúc và hành vi chưa từng thấy trước đây hoặc tưởng tượng ra. Họ phấn khích nhưng thất vọng vì những quan sát của họ không phù hợp với các lý thuyết hiện có. Một ngày nọ, họ rời khỏi thiết bị của mình để nghỉ giải lao uống cà phê và tình cờ gặp nhau ở phòng chờ của khoa, nơi họ bắt đầu than phiền về những gì cần làm với các quan sát của mình. Đột nhiên, cả hai đều nhậ...

Các thí nghiệm xác nhận rằng hạt nhân barium-144 có hình quả lê và gợi ý rằng sự bất đối xứng này rõ ràng hơn so với suy nghĩ trước đây. Hầu hết các hạt nhân đều có hình tròn hoặc hơi dẹt, giống như một quả bóng đá. Nhưng trong một số hạt nhân nhất định, proton và neutron sắp xếp theo cấu hình hình quả lê hơn. Chỉ một số ít hạt nhân bị biến dạng này được nhìn thấy trong các thí nghiệm. Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã xác nhận rằng barium-144 (144Ba) là thành viên của câu lạc bộ độc quyền này. Hơn nữa, nó có thể bị bóp méo nhiều hơn những gì các nhà lý thuyết mong đợi, một phát hiện có thể thách thức các mô hình cấu trúc hạt nhân hiện tại. Việc kiểm tra trực tiếp nhất xem hạt nhân có hình quả lê hay không là tìm kiếm cái gọi là sự chuyển dịch bát cực giữa các trạng thái hạt nhân, chúng bị triệt tiêu trong các hạt nhân đối xứng hơn. Sử dụng phương pháp này, các nhà nghiên cứu đã xác nhận rằng radium-224, radium-226 và một số hạt nhân nặng khác có hình quả lê. Trong nhiều thập kỉ, các nhà ...

Cho đến gần đây, các nhà khoa học tin rằng chỉ những hạt nhân rất nặng mới có thể kích thích trạng thái spin bằng 0 có độ ổn định tăng lên với hình dạng bị biến dạng đáng kể. Trong khi đó, một đội nghiên cứu quốc tế gồm các nhà nghiên cứu đến từ Romania, Pháp, Ý, Mỹ và Ba Lan đã chứng tỏ trong bài báo mới nhất của họ rằng những trạng thái như vậy cũng tồn tại trong hạt nhân nhẹ hơn nhiều nickel. Việc xác minh tích cực mô hình lý thuyết được sử dụng trong các thí nghiệm này cho phép mô tả các đặc tính của hạt nhân không có sẵn trong các phòng thí nghiệm trên Trái Đất. Hơn 99.9% khối lượng của nguyên tử đến từ hạt nhân của nó, thể tích của hạt nhân này nhỏ hơn thể tích của toàn bộ nguyên tử hơn một nghìn tỷ lần. Do đó, hạt nhân nguyên tử có mật độ đáng kinh ngạc khoảng 150 triệu tấn/cm3. Điều này có nghĩa là một muỗng canh vật chất hạt nhân nặng gần bằng một km khối nước. Mặc dù có kích thước rất nhỏ và mật độ đáng kinh ngạc, hạt nhân nguyên tử có những cấu trúc phức tạp được tạo thành t...

Hạt nhân nguyên tử không phải lúc nào cũng có hình cầu; một số tự nhiên “biến dạng” (deform) thành hình dạng thon dài (elongated shape), giống như một quả bóng bầu dục Mỹ. Trong một bài báo năm 1979, Stuart Pittel thuộc Đại học Delaware và Pedro Federman, khi đó thuộc Đại học Quốc gia Autonomous Mexico, đã chỉ ra mức độ quan trọng của một tương tác hạt nhân cụ thể đối với việc thúc đẩy biến dạng hạt nhân trong bảng tuần hoàn. Đến những năm 1970, các nhà vật lý đã xác định rằng các tương tác tầm xa (long-range interaction) giữa các trường bốn cực (long-range interaction) của hai nucleon có khả năng là nguyên nhân gây ra biến dạng trong các hạt nhân nhẹ - những hạt nhân có khoảng 20 nucleon hoặc hơn. Họ cũng đã đạt được kết luận tương tự về một số hạt nhân nặng trong vùng hiếm và actinide của bảng tuần hoàn. Trong các hạt nhân nhẹ hơn, có bằng chứng cho thấy sự tương tác giữa các nucleon không giống nhau - một neutron và một proton - đã gây ra sự biến dạng. Nhưng không rõ liệu đây có...

Các quan sát cung cấp bằng chứng về sự chuyển đổi điện từ “bậc sáu” kỳ lạ trong sự phát xạ tia gamma của một đồng vị sắt, một phát hiện có thể cung cấp những cách thức mới để thử nghiệm các mô hình hạt nhân. Giống như các electron của nguyên tử, hạt nhân của nguyên tử có thể tồn tại ở trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích. Nó cũng có thể phát ra các photon—thường ở bước sóng tia gamma—khi hạt nhân chuyển đổi giữa các trạng thái đó. Dễ quan sát nhất trong số các chuyển đổi này, được phân loại theo “tính đa cực” của chúng, là những chuyển đổi bậc thấp (lưỡng cực và bốn cực), có thể được mô hình hóa như sự phát xạ của các lưỡng cực hoặc tứ cực dao động. Khi thứ tự tăng lên, các chuyển đổi trở nên ít có khả năng xảy ra hơn và tên của chúng phức tạp hơn. Trước đây, quá trình chuyển đổi bậc năm (được gọi là triacontadipole) là quá trình chuyển đổi bậc cao nhất được quan sát. Bây giờ Alan John (AJ) Mitchell của Đại học Quốc gia Úc và các đồng nghiệp đã cung cấp bằng chứng thuyết phục cho...

Một thí nghiệm tán xạ electron mới thách thức sự hiểu biết của chúng ta về trạng thái kích thích đầu tiên của hạt nhân helium. Hạt nhân helium, còn được gọi là hạt α, bao gồm hai proton và hai neutron và là một trong những hạt nhân nguyên tử được nghiên cứu rộng rãi nhất. Với số lượng nhỏ các thành phần, hạt α có thể được mô tả chính xác bằng các phép tính nguyên tắc đầu tiên. Chưa hết, các trạng thái kích thích của hạt α vẫn còn là một điều bí ẩn, bằng chứng là có sự bất đồng xung quanh sự kích thích từ trạng thái cơ bản 0+1 đến trạng thái kích thích đầu tiên 0+2 [1]. Các dự đoán lý thuyết cho quá trình chuyển đổi này không phù hợp với các phép đo, nhưng độ không đảm bảo thực nghiệm quá lớn nên không thể rút ra các hàm ý. Giờ đây, Nhóm cộng tác A1 tại Mainz Microtron (MAMI) ở Đức đã đo lại quá trình chuyển đổi này thông qua tán xạ điện tử không đàn hồi [2]. Dữ liệu mới cải thiện đáng kể độ chính xác so với các phép đo trước đó và xác nhận sự khác biệt ban đầu. Kết quả mang lại những h...