Atommag-feltérképezés apróra zúzásukkal

2024.11.15.
Atommag-feltérképezés apróra zúzásukkal
A STAR kísérlet kutatói új eszközt találtak arra, hogy feltárhassák az atommagok szerkezetének részleteit nagyenergiás nehézion-ütközésekben. Ez az új felfedezés a fizika számos területére, hosszútávon pedig számos más tudományterületre hatással lesz.
 

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 a Brookhaveni Nemzeti Laboratórium ismeretterjesztő közleménye írja, a Relativisztikus Nehézion-ütköztető (RHIC) gyorsítójában létrejövő, és a STAR kísérlet által (melynek az ELTE is aktív tagja) 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 (Jiangyong Jia), a Stony Brook Egyetem professzora, a RHIC-nél működő STAR együttműködés publikációjának egyik fő szerzője.

Az ELTE a STAR együttműködés hivatalos résztvevője. A STAR-ELTE kutatócsoport a Fizikai Intézetben, az Atomfizikai Tanszéken működik (vezetője Csanád Máté, a tanszék egyetemi tanára, aki a fenti elemzés és az abból írt publikáció belső bírálatában/ellenőrzésében is részt vett), Tématerületi Kiválósági Program Asztro- és Részecskefizikai Tématerületén belül működik. A STAR kísérletben való részvételt ezen kívül jelenleg az NKFIH OTKA K-138136 és a PD-146589 projektek támogatják. A kutatócsoport tagjai személyesen is részt vesznek az adatok felvételében. Mindemellett az ELTE kutatóinak fontos feladata az adatok elemzése, különös tekintettel femtoszkópiai mérésekre; illetve Csanád Máté a kísérlet adatarchiválásának irányítója is volt, jelenleg pedig az együttműködés meghívott előadásait koordináló bizottság tagja.

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 az atommagok feltérképezésében is hasznos lehet nemsokára.”

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 Hadronütköztetőjébenben (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.

 

A weboldalon „cookie”-kat („sütiket”) használunk, hogy biztonságos böngészés mellett a legjobb felhasználói élményt nyújthassuk látogatóinknak. A cookie-beállítások bármikor megváltoztathatók a böngésző beállításaiban. További információ

Elfogadom