Nükleer teorileri test etmek için uç bir senaryo gözlemlendi: beş proton yayarak bozunan son derece kararsız bir çekirdek.
Araştırmacılar tarafından keşfedilen verilere göre, bu inanılmaz derecede kararsız çekirdeğin bileşen parçacıklarının yarısından fazlası bağlanmamış veya çekirdeğin yoğun çekirdeğine gevşek bir şekilde bağlı. Azot-9’un çekirdeği, çekirdek oluştuğunda hızla ayrılan ve küçük, helyum benzeri bir çekirdeği çevreleyen beş serbest protondan oluşuyor. Daha önceki çalışmalarda, bir çekirdeğin dörtten fazla bağlanmamış proton içermediği gösterilmişti. Nitrojen-9 bozunumlarını bulmak için araştırma ekibinin büyük miktarda nükleer çarpışma verisini dikkatlice sıralaması gerekiyordu.
Zayıf bir şekilde bağlı olan bu çekirdek, nükleer yapı teorileri için özel bir zorluk teşkil etmektedir.
Proton ve nötron miktarında önemli bir farklılık olan bir çekirdek, benzer miktarlara sahip bir çekirdek kadar kararlı değildir. Proton veya nötron bakımından zengin olan bu izotoplar aşırı durumlarda bağsızdır, bu da parçalanma sırasında bir veya daha fazla nükleonun kaçtığı anlamına gelir.
Damlama Çizgileri Nedir?
Damlama çizgileri, nükleer manzaranın hem proton açısından zengin hem de nötron açısından zengin taraflarında bağlı ve bağlı olmayan durumları ayıran sınırlarını belirtir.
Damlama çizgilerinin dışındaki çekirdekler, nükleer varoluşun sınırındaki teorilerin test edilmesini sağladığından, araştırmacılar bunları bulmakla ilgilenmektedir. Bu olağandışı çekirdekler, nötron yıldızı birleşmeleri ve patlamalarında ağır elementlerin üretiminde de rol oynayabilir.
Damlama çizgisinin ötesindeki çoğu çekirdek, nükleonlarından birini serbest bırakarak parçalanır. Örneğin, nitrojen-11 ve nitrojen-10’un bozunmasının her ikisi de tek bir proton salar. Ancak, iki, üç ya da dört proton salarak bozunan çekirdekler de bilim insanları tarafından ölçülmüştür. Prof. Charity ve meslektaşları, nükleer çarpışma verilerinin analizi sırasında, damlama çizgisinin o kadar ötesinde bir çekirdek olan nitrojen-9’un beş protonlu bozunmasına işaret eden bir sinyal keşfetti ki, kimse bunun görünür olacağını tahmin etmemişti. Charity, “Kimse bunun farkında değildi çünkü bu çok benzersiz bir sistem” diyor.
Bilim insanları bu bulguyu doğrulamak için ilk olarak nitrojen-9 yapısını modelledi. İki proton ve iki nötron, çekirdeğin helyum çekirdeğine benzeyen çekirdeğini oluşturuyor. Charity, geriye kalan beş protonun kaçmak için bir enerji bariyerinden tünel açması gerekse bile, bu çekirdekle sınırlı kalmadıklarını söylüyor. “Bu çok egzotik bir çekirdek ama yine de bir çekirdek” diyor.
Bir teoriye göre, çekirdek bir atomun foton yaymasına benzer bir şekilde proton üretiyor ve araştırmacılar bu tünelleme davranışını hesaplamak için kullandılar. Hesaplamalar nitrojen-9’un üç adımda bozunduğunu gösterdi: İlk olarak, bir protonun emisyonundan sonra geride bir karbon-8 çekirdeği kalır. Daha sonra iki proton ayrılır ve berilyum-6 oluşur. Nihayetinde, iki proton daha kaçarak helyum çekirdeğini yalnız bırakır.
Beş protonun salınımı sadece 10^-21 saniyelik bir zaman aralığında gerçekleşmektedir.
Ekip, tahminleri kullanarak verilerin daha kapsamlı bir analizini gerçekleştirdi. Ulusal Süperiletken Siklotron Laboratuvarı deneyleri 2016 yılında proton bakımından zengin çok sayıda çekirdeğin incelenmesinin bir parçası olarak gerçekleştirdi. Bilim insanları işe, berilyumdan yapılmış bir hedefe oksijen-16 çekirdeği ışını çarptırarak başladılar. Enkazdan oksijen-13 çekirdeklerini ayırdılar ve bunları ikinci bir berilyum hedefine doğru patlattılar. Bu ikinci karşılaşmadan salınan parçacıklar dedektörler tarafından tespit edildi. Grup, nitrojen-9 araştırması için çarpışma ürünleri olarak bir helyum çekirdeği ve beş proton içeren çarpışma olaylarını seçti.
Araştırmacılar, bu altı parçacıklı olayların, diğer nükleer bozunumlardan kaynaklanan arka plan olaylarını ayıkladıktan sonra, beklenen nitrojen-9 kütlesiyle eşleşen en olası değer olan bir dizi toplam enerji ürettiğini keşfetti.
Enerji spektrumundaki tepe noktası, çekirdeğin temel halini ve uyarılmış halini temsil edebilecek iki çözülmemiş tepe noktasının bir sonucu olabilir. Bu da tespit üzerinde bazı belirsizliklere yol açabilir. Charity, bir ve iki zirveli senaryolar arasında ayrım yapmak için meslektaşlarıyla birlikte takip araştırması yapmayı düşündüğünü bildirdi.
Polonya’daki Varşova Üniversitesi’nden nükleer fizikçi Marek Pfützner, “Deneyciler yeni ve daha egzotik çekirdeklere ulaştığında, nükleer modellerimizin hala kararlılıktan uzak olup olmadığını kontrol etme şansı var” diyor. Proton bakımından zengin bir çekirdeğin protonların itici elektrik kuvvetiyle mücadele etmesi gerektiği için nitrojen-9’un özellikle ilgi çekici bir kontrol sunduğunu iddia ediyor. “Yedi protonu bir arada tutmaya çalışan iki nötron hakkında bir şeyler öğrenebilmemizi şaşırtıcı buluyorum.”
Fransa’daki Büyük Ağır İyon Ulusal Hızlandırıcısı’nda (GANIL) nükleer teorisyen olan Marek Ploszajczak’a göre, Charity ve meslektaşları tarafından çarpışma bölgesinden yayılan nükleer parçacıkların arasında nitrojen-9 sinyalinin keşfi etkileyici. Hala bulunması gereken daha fazla bağlanmamış çekirdek var mı? “[Nükleer] varoluşun sınırının nerede olduğu ve damlama çizgisinin nerede olduğu, gelecekteki zorlu soru olacak” diyor.
Kaynak: physics aps org/articles
