โปรตอนเคลื่อนที่เร็วขึ้นในนิวเคลียสที่อุดมด้วยนิวตรอน

โปรตอนในนิวเคลียสที่อุดมด้วยนิวตรอนมีพลังงานเฉลี่ยที่สูงกว่าที่เคยคิดไว้ จากการวิเคราะห์ข้อมูลการกระเจิงของอิเล็กตรอนที่รวบรวมครั้งแรกในปี 2547 งานวิจัยนี้ดูเหมือนจะหักล้างคำอธิบายทั่วไปของนิวเคลียสที่นิวตรอนและโปรตอนเคลื่อนที่อย่างอิสระ ซึ่งกันและกันในสนามกลาง ผลลัพธ์อาจมีนัยสำคัญต่อความเข้าใจของเราเกี่ยวกับโครงสร้างนิวเคลียร์และอาจส่งผลกระทบในด้านอื่นๆ 

อีกหลายด้าน รวมถึงฟิสิกส์ของดาวนิวตรอน

แบบจำลองเปลือกอนุภาคอิสระของนิวเคลียสที่พัฒนาขึ้นในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ผ่านมา ถือว่านิวคลีออน (โปรตอนและนิวตรอน) เคลื่อนที่อย่างอิสระในสนามค่าเฉลี่ยที่สร้างขึ้นโดยปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งซึ่งกันและกัน โดยมีปฏิสัมพันธ์เล็กน้อยระหว่างนิวคลีออนแต่ละตัว การทดลองการกระเจิงอิเล็กตรอนในปี 1990 เป็นสัญญาณแรกว่าภาพนี้ไม่เพียงพอ และต่อมานักฟิสิกส์ได้ตระหนักว่านิวคลีออนสามารถก่อตัวเป็นคู่พลังงานสูงได้ชั่วขณะ ซึ่งการมีปฏิสัมพันธ์ร่วมกันมีอิทธิพลเหนือปฏิสัมพันธ์ของพวกมันกับนิวเคลียสที่เหลือ

ทฤษฎีแนะนำว่าคู่พลังงานสูงมีแนวโน้มที่จะก่อตัวระหว่างนิวตรอนกับโปรตอนมากกว่าระหว่างนิวคลีออนที่เหมือนกัน สิ่งนี้ได้รับการสนับสนุนโดยงานทดลองเกี่ยวกับนิวเคลียสของแสงที่ทำโดยการทำงานร่วมกันของ CLASซึ่งตั้งอยู่ที่Thomas Jefferson National Accelerator Facilityในสหรัฐอเมริกา และอื่นๆ อย่างไรก็ตาม นิวเคลียสของแสงโดยปกติมีจำนวนโปรตอนและนิวตรอนเกือบเท่ากัน และภาพนั้นมืดกว่าในนิวเคลียสที่หนักกว่า ซึ่งโดยทั่วไปมีนิวตรอนมากกว่าโปรตอนอย่างมีนัยสำคัญ

บุคคลภายนอกนิวตรอน Or Hen จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ สมาชิกอาวุโสของ CLAS อธิบายว่า “คุณอาจมีแกนของโปรตอนและนิวตรอนที่มีความสัมพันธ์กัน และมีนิวตรอนพิเศษบางตัวที่อยู่ภายนอกที่ไม่ทำอะไรเลย” Or Henจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ สมาชิกอาวุโสของ CLAS อธิบาย “หรือคุณอาจพูดได้ว่า ภายนอกเข้าไปข้างใน ค้นหาโปรตอนและสัมพันธ์กับพวกมัน” โมเดลต่างๆ ให้การคาดการณ์ที่แตกต่างกัน: “เมื่อใดก็ตามที่มีการคำนวณนิวเคลียสเช่นตะกั่วจำนวนมาก ความสัมพันธ์เหล่านี้จะถูกละเลยโดยสิ้นเชิง” Hen กล่าว

ปัญหาคือสิ่งที่เราคิดว่าไม่น่าสนใจในวันนี้ อาจจะน่าสนใจ

ในวันพรุ่งนี้ก็ได้ หรือไก่จำเป็นต้องมีข้อมูลการทดลองเพิ่มเติม และกระบวนการออกแบบ สร้าง และวิเคราะห์การทดลองใหม่จะมีค่าใช้จ่ายสูงและใช้เวลานาน แต่ Hen และเพื่อนร่วมงานของเขาได้วางแผนที่ดีขึ้น: “CLAS spectrometer บันทึกทุกปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนที่กระทบเครื่องตรวจจับ” Hen กล่าว เกือบจะไม่ซ้ำกัน ข้อมูลทั้งหมดเหล่านี้จะถูกเก็บรักษาไว้ “ในเครื่องตรวจจับฟิสิกส์อนุภาคขนาดใหญ่ เช่น LHC ผู้คนเป็นผู้เชี่ยวชาญในการตัดสินใจแบบเรียลไทม์ว่าปฏิสัมพันธ์นั้นแปลกใหม่และน่าสนใจมากพอที่จะบันทึกลงในคอมพิวเตอร์เพื่อการวิเคราะห์ต่อไปหรือไม่” เขาอธิบาย “ปัญหาคือสิ่งที่เราคิดว่าไม่น่าสนใจในวันนี้ อาจจะเป็นสิ่งที่น่าสนใจในวันพรุ่งนี้”

ขณะนี้นักวิจัยได้วิเคราะห์ข้อมูลใหม่อีกครั้งจากการทดลองของ CLAS ซึ่งเดิมดำเนินการเพื่อวัตถุประสงค์ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงในปี 2547 พวกเขาดูโมเมนต์ของอิเล็กตรอนที่กระจัดกระจายออกจากเป้าหมายที่เกิดจากองค์ประกอบต่างๆ เป้าหมายมีตั้งแต่คาร์บอน (ซึ่งนิวเคลียสประกอบด้วยนิวตรอน 6 นิวตรอนและ 6 โปรตอน) ไปจนถึงตะกั่ว (82 โปรตอนและประมาณ 125 นิวตรอน) โมเมนตัมของโปรตอนหรือนิวตรอนที่พุ่งออกมาในการชนแต่ละครั้งก็ถูกบันทึกไว้เช่นกัน ทำให้ทีมสามารถคำนวณโมเมนตัมของนิวคลีออนนั้นก่อนเกิดการชนกัน

ข้อสรุปของการศึกษามีความชัดเจน: นิวเคลียสมีจำนวนโปรตอนโมเมนตัมสูงและนิวตรอนโมเมนตัมสูงเกือบเท่ากัน โดยไม่คำนึงถึงอัตราส่วนนิวตรอน/โปรตอน ซึ่งหมายความว่าการเพิ่มนิวตรอนพิเศษลงในนิวเคลียสจะเพิ่มเศษส่วนของโปรตอนที่มีโมเมนตัมสูง

ดาวนิวตรอนทีมงานกำลังเตรียมการทดลองใหม่

เพื่อสำรวจปฏิสัมพันธ์ของนิวคลีออนอย่างละเอียดยิ่งขึ้น “เราสนใจที่จะทำความเข้าใจว่าคุณย้ายจากภาพควาร์ก-กลูออนไปเป็นโปรตอนและนิวตรอนอย่างไร และไปสู่นิวเคลียสของอะตอมทั้งหมดได้อย่างไร” Hen กล่าว ซึ่งอาจนำไปสู่ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับดาวนิวตรอน ซึ่งประกอบด้วยโปรตอนประมาณ 5% และอาจส่งผลต่อการตีความการทดลองนิวตริโนรุ่นต่อไป

วัดความดันภายในของโปรตอนเป็นครั้งแรกวิลเลม ดิกฮอฟฟ์จากมหาวิทยาลัยวอชิงตันในเมืองเซนต์หลุยส์ รัฐมิสซูรี ให้ความเห็นเกี่ยวกับงานวิจัยนี้ ว่า “เอกสารเหล่านี้ไม่น่าแปลกใจเสมอไป แต่มันมีประโยชน์มากในการทำให้ข้อมูลเป็นปริมาณในขั้นตอนนี้” นักฟิสิกส์นิวเคลียร์เชิงทฤษฎีกล่าว “มีชุมชนบางส่วนที่ไม่ต้องการคิดถึงนิวคลีออนที่มีโมเมนตัมสูง” ไม่ว่าผลลัพธ์จะมีผลที่สังเกตได้สำหรับการสร้างแบบจำลองดาวนิวตรอนหรือไม่ก็ตาม เขากล่าว ยังคงเป็น “ปัญหาที่เปิดกว้าง แต่เป็นเรื่องที่น่าสนใจ โดยเฉพาะอย่างยิ่งตอนนี้ที่มีการสังเกตการรวมตัวของดาวนิวตรอนด้วยคลื่นความโน้มถ่วง”

ปรากฏการณ์ดังกล่าวสามารถเกิดขึ้นได้บ่อยเพียงใด?

ในระดับพื้นฐาน นักวิจัยกล่าวว่าความไม่สมมาตรนี้อาจให้เบาะแสว่าทำไมจึงมีสสารมากกว่าปฏิสสารในจักรวาลของเรา “ถ้าเราทำการเปรียบเทียบที่ชัดเจนกว่าอิเล็กโทรไดนามิกที่ขยายไปถึงอนุภาคและปฏิปักษ์โดยทั่วไป เราก็มีตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมที่นี่ว่าความไม่สมดุลของปฏิสสารและสสารสามารถเกิดขึ้นได้ในระบบทางกายภาพ” คิมกล่าว “ความไม่สมดุลนี้เกิดขึ้นที่พลังงานสูงเท่านั้น ซึ่งกระบวนการสร้างคู่รวมกับไดนามิกที่ไม่สมมาตรทำให้เกิด skyrmion (สสาร) มากเกินไป”

พูดคุย skyrmions ในโคลัมบัส โอไฮโอ

“เราอาจจะยังเร็วเกินไปที่จะแนะนำว่าปัญหาการเกิด baryogenesis อาจแก้ไขได้ด้วย skyrmions และ antiskyrmion แต่ก็เป็นผลลัพธ์ที่น่าสนใจ” Dupé กล่าวเสริม มันอาจเป็นแรงบันดาลใจให้กับนักฟิสิกส์อนุภาคและนักจักรวาลวิทยาที่ทำงานในหัวข้อนี้”

ทีมงานรายงานการทำงานในNature Electronics  1  451ว่าตอนนี้ต้องการศึกษาสถานะอนุภาคที่แปลกใหม่กว่า (ที่มีประจุโทโพโลยีสูงกว่า) ที่มีอยู่ในระบบวัสดุที่พวกเขาศึกษา “รัฐเหล่านี้มีเสถียรภาพน้อยกว่า skyrmions และ antiskyrmion ดังนั้นจึงเป็นการท้าทายมากขึ้นในการวัดพลวัตของพวกมัน” Ritzmann กล่าว “เรายังวางแผนที่จะตรวจสอบระบบวัสดุเพิ่มเติมและค้นหาว่าปรากฏการณ์ดังกล่าวมีอยู่ทั่วไปเพียงใด ในท้ายที่สุด เราหวังว่าการศึกษาของเราจะส่งเสริมให้ผู้ทดลองค้นหา antiskyrmion และกิจกรรมการสร้างคู่ skyrmion – antiskyrmion ในห้องปฏิบัติการ”

Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >> ป๊อกเด้งออนไลน์