Atommagok feltérképezése apróra zúzásukkal
A Relativisztikus Nehézion-ütköztető (RHIC) gyorsítójában létrejövő, és a STAR kísérlet által vizsgált atommagütközéseket arra használják a kutatók, hogy új módszereket kifejlesztve feltárják az atommagok alakjának apró részleteit. A Nature folyóiratban most megjelent tanulmányban ismertetett legújabb módszer kiegészíti a magszerkezet meghatározására szolgáló eddig ismert, alacsonyabb energiájú technikákat, és új információkhoz juttat minket a látható anyag nagy részét alkotó atommagokról.
„Ezzel az új méréssel nemcsak az atommag általános alakját tudjuk számszerűen leírni – hogy megnyúlt-e, mint egy tojáslabda, vagy összenyomódott-e, mint egy mandarin –, hanem a 'háromtengelyűségét' is, a mag ellipszoid alakjának három főtengelye közötti relatív különbségeket, amelyek a tojáslabda és a mandarin közötti alakot jellemzik” – mondta Csiangjong Csia, a Stony Brook Egyetem professzora, a RHIC-nél működő STAR együttműködés publikációjának egyik fő szerzője.
Két uránmag ütközéséből származó töltött részecskepálya művészi ábrázolása a Relativisztikus Nehézion-ütköztető (RHIC) STAR detektorának vázlatán. A beérkező uránmagok felhői közel fénysebességgel érkeznek az ütközési pontra, a két felhőből egy atommagpár ütközését figyelhetjük meg. Sok ilyen ütközésből származó részecskeáramlási mintázat elemzésével a kutatók rekonstruálni tudják az eredetileg ütköző atommagok alakját. (Csuncsian Csang / Fudan Egyetem és Csianjong Csia / Stony Brook Egyetem)
Ahogy Csanád Máté mondja: „Ezek a tudományterületeket összekötő kutatások mutatják a nagyenergiás fizika gazdagságát. A mi kutatócsoportunk fókuszában a femtoszkópia áll, amely pedig az asztrofizikában ismert HBT-hatással rokon terület. Ez a módszer reményeink szerint nemsokára az atommagok feltérképezésében is hasznos lehet.”
Hosszúkás uránmagok centrális ütközése a két szélsőséges, test-test és csúcs-csúcs orientáció (a) között valamilyen elrendezésben következik be. Ennek nyomán különböző alakú és méretű kvark-gluon plazma (QGP) keletkezik (b), ez pedig különböző tágulási mintázatokat eredményez (c), ami a kibocsátott részecskék különböző eloszlásához vezet (d). Ezen „áramlási” minták ütközésről ütközésre történő változásának mérésével és a közel gömb alakú arany atommagok ütközéseivel való összehasonlításával meghatározható az uránatommagok alakja. (Csiangjong Csia / Stony Brook Egyetem)
Az atommag alakjának megfejtése a fizika számos kérdése szempontjából fontos, például, hogy mely atomok hasadása a legvalószínűbb a maghasadás során, hogyan alakulnak ki nehéz kémiai elemek a neutroncsillagok ütközése során, és mely atommagok mutathatnak utat egzotikus részecskék bomlásának felfedezéséhez. Az atommagok alakjára vonatkozó jobb ismeretek felhasználása elmélyíti a korai világegyetemet utánzó kvarkanyagra vonatkozó tudásunkat is. A módszer alkalmazható az RHIC további adatainak, valamint a CERN Nagy Hadronütköztetőjében (LHC) vizsgált ütközésekből származó adatok elemzésére is, illetve fontos lesz a Brookhaveni Nemzeti Laboratóriumban felépülő Elektron-ion Ütköztető (EiC) kutatásaiban is.
Végső soron, mivel az emberek és a kozmosz összes csillaga és bolygója által alkotott látható anyag 99,9%-a az atomok középpontjában lévő atommagokban található, ezeknek az építőelemeknek a megértése saját magunk megértésének középpontjában áll.
Forrás: ELTE TTK