핵 물리학 자들은 Thomas Jefferson National Accelerator Center에서 수행 된 실험에서 납핵을 포함하는 중성자 피부의 두께에 대한 새로운 고정밀 측정을 수행했으며 Physical Review Letters에 방금 발표했습니다. 중성자 껍질 두께가 0.28ppm 인 나노 미터의 결과는 중성자 별의 구조와 크기에 중요하다.
우주의 모든 원자 중심에서 핵을 형성하는 양성자와 중성자는 각 원자의 정체성과 특성을 결정하는 데 도움이됩니다. 핵 물리학 자들은 양성자와 중성자가 핵 내부에서 어떻게 작용하는지에 대해 더 많이 배우기 위해 다양한 핵을 연구하고 있습니다. PREx (납 Pb의 화학명)라고 불리는 납 반경 실험에 대한 공동 노력은 납 핵에서 양성자와 중성자의 분포에 대한 미묘한 세부 사항을 탐구하고 있습니다.
문제는 납의 중성자는 어디에 있습니까? 납은 무거운 핵이고 여분의 중성자를 가지고 있지만 핵 강도에 관해서는 양성자와 중성자의 동등한 조합이 더 잘 작동한다고 버지니아 대학교의 교수이자 실험의 공동 저자 인 Kent Paschke는 말합니다.
양성자가 몇 개 밖에없는 가벼운 핵은 보통 같은 수의 양성자와 중성자를 내부에 가지고 있습니다. 핵이 무거워지면 안정을 유지하기 위해 양성자보다 더 많은 중성자가 필요합니다.
20 개 이상의 양성자를 가진 모든 안정된 핵은 양성자보다 더 많은 중성자를 가지고 있습니다. 예를 들어, 납은 82 개의 양성자와 126 개의 중성자를 포함합니다. 이러한 여분의 중성자가 핵 내부에 어떻게 분포되어 있는지 측정하는 것은 무거운 핵이 어떻게 결합되는지 이해하는 데 중요한 역할을합니다.
납핵의 양성자는 구체에 있고, 우리는 중성자가 그들 주위의 더 큰 구체에 있다는 것을 발견했고 이것을 중성자 껍질이라고 부릅니다.
2012 년 Physical Review Letters에 발표 된 PREx 실험의 결과는 전자 산란 기술을 사용하여이 중성자 껍질에 대한 최초의 실험 관찰을 제공했습니다. 이 결과에 이어 협업은 PREx-II에서 더 정확하게 두께를 측정하기 시작했습니다. 측정은 CWEB Accelerator 설치를 사용하여 2019 년 여름에 수행되었습니다. 이 실험은 첫 번째와 마찬가지로 중성자 측면에서 납 핵의 평균 크기를 측정했습니다.
물리학 자들이 아 원자 입자를 측정하는 데 사용하는 많은 민감한 탐침은 자연의 네 가지 상호 작용 중 하나 인 전자기 상호 작용을 통해 입자의 전하를 측정하는 데 의존하기 때문에 중성자는 측정하기 어렵습니다. PREx는 또 다른 기본 힘인 약한 핵력을 사용하여 중성자의 분포를 연구합니다.
양성자는 전하를 가지고 있으며 전자기력을 사용하여 매핑 할 수 있습니다. 중성자는 전하가 없지만 양성자에 비해 약한 전하가 크므로 약한 상호 작용을 사용하면 중성자가 어디에 있는지 알아낼 수 있습니다.”라고 Kent Paschke는 설명합니다.
실험하는 동안 정밀하게 제어 된 전자빔이 극저온으로 냉각 된 납의 얇은 시트로 향했습니다. 이 전자들은 운동 방향으로 회전하고있었습니다.
빔의 전자는 전자 기적 또는 약한 상호 작용을 통해 납 표적의 양성자 또는 중성자와 상호 작용했습니다. 전자기 상호 작용은 거울 대칭이지만 약한 상호 작용은 그렇지 않습니다. 이것은 전자기를 통해 상호 작용하는 전자가 전자 스핀의 방향에 관계없이 수행 한 반면 약한 상호 작용을 통해 상호 작용하는 전자는 스핀이 다른 방향에 비해 한 방향에있을 때 더 자주 수행하는 것이 바람직하다는 것을 의미합니다.
산란에서이 비대칭을 사용하여 상호 작용의 강도를 결정할 수 있으며, 이것은 중성자가 차지하는 부피의 크기에 대해 알려줍니다. 그는 중성자가 양성자와 비교되는 위치를 알려줍니다. 실험의 공동 저자이자 매사추세츠 대학의 교수 인 크리슈나 쿠마는 말했다.
성공적인 측정을 위해서는 높은 정확도가 필요했습니다. 실험 내내 전자빔의 스핀이 한 방향에서 반대 방향으로 초당 240 회 전환 된 후 전자는 CEBAF 가속기를 통해 거의 1.5km를 날아 정확히 표적에 놓였습니다.
평균적으로 전체 실행 동안 우리는 오른쪽 광선과 왼쪽 광선이 10 개의 원자 너비 내에서 서로 상대적인 위치를 알고 있다고 물리학 자들은 말합니다.
납 핵에서 산란되어 그대로 남아있는 전자를 수집하고 분석했습니다. 그런 다음 PREx-II 공동 작업은이를 이전 2012 년 결과 및 전하 반경이라고도하는 납 핵 양성자 반경의 정확한 측정과 결합했습니다.
충전 반경은 약 5.5 펨토 미터입니다. 그리고 중성자 분포는 약 5.8 펨토 미터보다 약간 더 큽니다. 따라서 중성자 포락선은 0.28 펨토 미터 정도입니다. 2,800 만분의 1 나노 미터입니다.
2021-04-29 19:54:11
작가: Vitalii Babkin