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

Hạt nhân bất ngờ có hình quả lê

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 ...
Post a Comment
Read more

11 câu hỏi lớn nhất chưa có lời giải đáp của vật lý

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...
Post a Comment
Read more