Nie wystarczy wyczekać dobrej fali, trzeba jeszcze umieć na nią „wskoczyć”. Eksperyment m.in. Polaków dostarcza nowych informacji o surfingu absolutnie ekstremalnym: o protonach synchronizujących swój ruch z wibracjami jądra atomowego.
W eksperymencie fizyków jądrowych zbadano skłonność protonów w jądrach atomowych do... wyrafinowanych form rozrywki.
Zespół naukowców z włoskiego Universita degli Studi di Milano (UniMi) oraz Instytutu Fizyki Jądrowej PAN (IFJ PAN) w Krakowie w szerokiej współpracy międzynarodowej po raz pierwszy zmierzył czasy potrzebne pojedynczym protonom w jądrze atomowym do synchronizowania się z oscylacjami jądra. "Osiągnięcie można zobrazować za pomocą przemawiającej do wyobraźni analogii: niektóre protony potrafią surfować po powierzchni jądra atomowego, a my wreszcie wiemy, jak długo muszą czekać, nim >złapią falę<" - napisano w przesłanym PAP komunikacie IFJ PAN na temat doświadczenia.
Jądra atomowe zawierają od jednego protonu do ponad 200 protonów i neutronów. Mogą one pochłaniać i emitować pewne porcje energii. Jeśli energię pochłania cały atom, towarzyszy temu przejście elektronów na bliższe jądru orbitale, grupujące się w powłoki elektronowe. Jak elektrony wokół jądra, tak protony i neutrony w samych jądrach znajdują się w ciągłym ruchu. Choć nie krążą wokół wyróżnionego punktu, okazuje się, że i tu można mówić o istnieniu w jądrach pewnych powłok o dobrze określonych energiach.
Na ogół miejsca w tych powłokach mogą być zajmowane zarówno przez protony, jak i przez neutrony. Niektóre powłoki są jednak zarezerwowane wyłącznie dla protonów, a inne wyłącznie dla neutronów. Przeskok na sąsiednią powłokę może niekiedy wymagać wchłonięcia lub wyemitowania dużej porcji energii (taka sytuacja pojawia się zwłaszcza wtedy, gdy powłoki są zapełnione). Jeśli dostępnej energii jest mniej, jądro nadal może zmienić swój stan energetyczny, tyle że w bardziej wyrafinowany sposób: zaczyna wibrować. Wiadomo, że może wtedy dojść do sprzężenia się ruchu protonu czy neutronu z oscylacjami jądra. Na pierwszy rzut oka zjawisko wydaje się bardzo abstrakcyjne. Tymczasem podobny mechanizm odgrywa główną rolę w jednym z kultowych, masowo uprawianych sportów świata.
Mowa, naturalnie, o surfingu. „Surferzy potrafią długo czekać na odpowiednią falę. Ale jej pojawienie się wcale nie gwarantuje dobrej zabawy! Jeśli surfer się zagapi, fala go minie, a on jedynie podskoczy na jej powierzchni jak korek czy spławik. Niezapomnianą frajdę będzie miał tylko ten surfer, który ze swą deską zdąży >wskoczyć na falę<. Surfing polega więc właśnie na sprzęganiu się surfera z falą. Coś podobnego w odpowiednich warunkach robią protony: >wskakują< na oscylacje powierzchni jądra atomowego i podróżują wraz z nimi. I chyba surfują profesjonalniej niż ludzie, bo przecież w ekstremalnych warunkach, no i bez deski...” - tłumaczy z uśmiechem prof. Bogdan Fornal (IFJ PAN).
A badanie takiego protonowego surfingu wcale nie jest łatwe. Potrzebny jest układ, w którym samotny proton znajduje się na zewnątrz powłok w pełni zapełnionych wieloma protonami i neutronami.
Aby zaobserwować „protonowych surferów”, włosko-polski zespół zrealizował w laboratorium Institut Laue-Langevin w Grenoble eksperyment, w którym milimetrowych rozmiarów grudki uranu 235U i plutonu 241Pu poddano naświetlaniu neutronami.
Wyniki eksperymentu, po stronie polskiej finansowanego z grantów Narodowego Centrum Nauki, mają znaczenie m.in. w kontekście poszukiwań kolejnych bogatych w neutrony jąder atomowych.
„Nasz wspólny eksperyment w ILL dostarczył danych, które umożliwiły mojej grupie skonstruowanie nowego modelu, lepiej opisującego sprzęganie się protonów z oscylacjami jądra. Po raz pierwszy możemy tu np. wyliczyć prawdopodobieństwa, z jakimi rozpadną się poszczególne stany energetyczne w tak wzbudzonych jądrach. W efekcie potrafimy lepiej przewidywać właściwości kolejnych jąder z nadmiarem neutronów, w tym tych, które dopiero czekają na odkrycie” - podsumowuje prof. Silvia Leoni (UniMi).
Model zbudowany na podstawie doświadczenia zaprojektowanego przez fizyków z UniMi i IFJ PAN ma znaczenie m.in. dla lepszego zrozumienia mechanizmów odpowiedzialnych za powstanie we Wszechświecie pierwiastków cięższych od żelaza.
Innym potencjalnym obszarem zastosowań modelu jest energetyka jądrowa. Jego użycie pozwoli tu lepiej przewidywać, jak rozpadają się jądra utworzone w wyniku reakcji zachodzących w reaktorach, a zatem przyczyni się do dalszego podnoszenia poziomu ich bezpieczeństwa.
Badania ukazały się w "Physics Letters B" http://dx.doi.org/10.1016/j.physletb.2016.06.065
PAP - Nauka w Polsce
lt/ mrt/
Fundacja PAP zezwala na bezpłatny przedruk artykułów z Serwisu Nauka w Polsce pod warunkiem mailowego poinformowania nas raz w miesiącu o fakcie korzystania z serwisu oraz podania źródła artykułu. W portalach i serwisach internetowych prosimy o zamieszczenie podlinkowanego adresu: Źródło: naukawpolsce.pl, a w czasopismach adnotacji: Źródło: Serwis Nauka w Polsce - naukawpolsce.pl. Powyższe zezwolenie nie dotyczy: informacji z kategorii "Świat" oraz wszelkich fotografii i materiałów wideo.
