Skip to main content

Một bức tranh tổng quát về hạt nhân bị biến dạng

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 phải là trường hợp của các hạt nhân nặng hơn hay không. Người ta cũng không biết liệu sự biến dạng hạt nhân trong các hạt nhân có khối lượng trung bình có xảy ra thông qua cùng một cơ chế vật lý hay không.

Cũng trong khoảng thời gian đó, các nhà thực nghiệm đã phát hiện ra những ví dụ mới về các hạt nhân bị biến dạng trong các đồng vị ở dải khối lượng trung gian, với khoảng 100 hoặc hơn nucleon, chẳng hạn như của zirconium (Zr) và molypden (Mo). Những khám phá này một phần đã truyền cảm hứng cho Federman và Pittel giải quyết vấn đề biến dạng hạt nhân. Pittel nói: “Chúng tôi có ý tưởng này rằng chúng tôi có thể lấy những gì chúng tôi biết từ các hạt nhân nhẹ hơn và áp dụng nó trong lĩnh vực quan sát thực nghiệm mới này”.

Cả hai đã tìm ra cách các tương tác tứ cực-tứ cực (quadrupole-quadrupole) sẽ áp dụng cho các hạt nhân trong phạm vi khối lượng trung gian và thực hiện các tính toán để chứng minh ý tưởng của họ mô tả hành vi biến dạng của các đồng vị Zr và Mo như thế nào. Cuối cùng, cặp đôi này đã chỉ ra rằng những tương tác giữa neutron và proton này chịu trách nhiệm chính trong việc gây ra biến dạng hạt nhân, và rằng lời giải thích vật lý tương tự cũng đúng với bảng tuần hoàn.

Heather Crawford của Phòng thí nghiệm Lawrence Berkeley ở California cho biết: “Đây là sách giáo khoa vật lý ngày nay về mặt hiểu biết về nguồn biến dạng cơ bản trong các hệ thống trên biểu đồ hạt nhân, nhưng bài báo này thực sự là bài báo đầu tiên giải thích rõ ràng như vậy. Là một nhà thực nghiệm, Crawford nghiên cứu cấu trúc hạt nhân của các đồng vị kỳ lạ (exotic isotope) bằng cách sử dụng chùm ion phóng xạ (radioactive ion beam) tại nhiều cơ sở khác nhau, cố gắng hiểu thêm chi tiết về thời điểm và cách thức biến dạng phát sinh.

Crawford nói rằng, ở nhiều khía cạnh, các nhà nghiên cứu ngày nay đang theo đuổi những câu hỏi rất giống với những câu hỏi do Pittel và Federman đặt ra trong bài báo của họ. “Chúng tôi chỉ đang xem xét các vùng khác nhau của biểu đồ và xem liệu các mô hình mà chúng tôi có có thực sự dự đoán cấu trúc hay không, đó là nơi chúng tôi muốn đến hay liệu chúng tôi vẫn cần thêm dữ liệu để tinh chỉnh chi tiết của các mô hình đó”.


P. Federman and S. Pittel, “Unified shell-model description of nuclear deformation”, Phys. Rev. C 20, 820 (1979).


Comments

Post a Comment

Popular posts from this blog

Gần đúng WKB cho lý thuyết Gamow của phân rã alpha

Đầu tiên, ta cần tìm hiểu gần đúng WKB (Wentzel–Kramers–Brillouin) là gì? Phương trình Schrödinger \begin{align} -\dfrac{\hbar^2}{2m}\dfrac{d^2\psi}{dx^2} + V(x)\psi &= E\psi \\ \dfrac{d^2\psi}{dx^2} &=-\dfrac{2m[E-V(x)]}{\hbar^2}\psi \end{align} Gọi \begin{equation} p(x) \equiv \sqrt{2m[E-V(x)]} \end{equation} là động lượng (cổ điển) của một hạt có năng lượng $E$ trong thế năng $V(x)$. Phương trình Schrödinger trở thành \begin{equation} \dfrac{d^2\psi}{dx^2} =-\dfrac{p^2}{\hbar^2}\psi \end{equation} Giả sử $E>V(x)$ (vùng cổ điển) khi đó $p(x)$ thực. Hạt bị nhốt trong hố thế. Một cách tổng quát, $\psi$ là hàm phức và ta có thể biểu diễn nó dưới dạng biên độ $A(x)$ và pha $\phi(x)$ \begin{align} \psi(x) = A(x)e^{i\phi(x)} \end{align} Thay vào phương trình Schrödinger \begin{align} A''+2iA'\phi'+iA\phi''-A(\phi ')^2 = -\dfrac{p^2}{\hbar^2}A \end{align} Ta tách làm 2 phương trình cho phần thực và ảo \begin{align}
Post a Comment
Read more

Bản đồ biến dạng hạt nhân có dạng phong cảnh núi non

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
Post a Comment
Read more

Các hạt nhân mới không bền được phát hiện

     Sự phát hiện hạt nhân không bền magnesium-18 bằng thực nghiệm đã cho thấy sự suy yếu của số magic cho lớp vỏ đóng của 8 neutron.      Hạt nhân nguyên tử thường chỉ bền khi chúng có tỉ số proton và neutron xác định. Các hạt nhân không bền thường là những hạt nhân có sự mất cân bằng lớn về số proton và neutron và có thể xuất hiện trong các phản ứng hạt nhân nhưng phân rã rất nhanh. Gần đây, Yu Yin của Đại học Bắc Kinh, Trung Quốc và Chenyang Niu của Đại học Bang Michigan và các đồng nghiệp đã phát hiện hạt nhân magnesium-18 không bền chưa từng thấy trước đây [1]. Phát hiện của họ mở ra một cơ hội mới để kiểm tra và tinh chỉnh các mô hình cấu trúc hạt nhân.      Trong các thí nghiệm của họ, nhóm nghiên cứu đã bắn chùm hạt nhân magnesium-20 chứa 12 proton và 8 neutron vào một bia. Phản ứng lấy đi 2 neutron từ một số hạt nhân để tạo thành magnesium-18. Các hạt nhân magnesium-18 này phát ra ngay 4 proton để phân rã thành oxygen-14, một quá trình mà nhóm đã phát hiện khi sử dụng quang ph
Post a Comment
Read more