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

Vật lý thiên văn hạt nhân

Khi đề cập đến vật lý hạt nhân, chúng ta thường nghĩ đến những ứng dụng sử dụng năng lượng toả ra từ các phản ứng hạt nhân hay công thức E = mc 2 nổi tiếng. Tuy nhiên, vật lý hạt nhân còn có rất nhiều ứng dụng khác trong khoa học công nghệ (ví dụ như nghiên cứu cấu trúc vật liệu, kiểm tra không hủy mẫu) và đời sống xã hội (ví dụ như xạ trị và chẩn đoán hình ảnh trong y học, chiếu xạ trong công nghệ bảo quản thực phẩm). Bên cạnh những ứng dụng, ngành khoa học cơ bản nghiên cứu về hạt nhân nguyên tử từ lâu đã mở rộng đối tượng nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực khoa học khác nhau. Cho đến ngày nay, trong lĩnh vực này vẫn còn những đối tượng nghiên cứu quan trọng liên quan đến hai ngành vật lý hiện đại đang rất được quan tâm như vật lý hạt cơ bản (các quá trình phân rã, tương tác trong vật lý hạt nhân liên quan đến tương tác mạnh, yếu và điện từ trong Mô hình Chuẩn) và vật lý thiên văn (sự hình thành các nguyên tố trong vũ trụ, sao neutron, . ..). Trong sự tỏa sáng của các ngôi sao và quá ...
Post a Comment
Read more

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

Thăm dò Hạt nhân Helium ngoài Trạng thái Cơ bản

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...
Post a Comment
Read more