Mae cyfarpar newydd yn Labordy Cenedlaethol Argonne Adran Ynni yr Unol Daleithiau (DOE) wedi gwneud mesuriadau manwl iawn o niwclysau rutheniwm ansefydlog. Mae'r mesuriadau yn garreg filltir arwyddocaol mewn ffiseg niwclear oherwydd eu bod yn cyd-fynd yn agos â rhagfynegiadau a wnaed gan fodelau niwclear soffistigedig.
"Mae'n anodd iawn i fodelau damcaniaethol ragweld priodweddau niwclysau cymhleth, ansefydlog," meddai Bernhard Maass, ffisegydd cynorthwyol yn Argonne ac awdur arweiniol yr astudiaeth. "Rydym wedi dangos y gall dosbarth o fodelau uwch wneud hyn yn gywir. Mae ein canlyniadau yn helpu i ddilysu'r modelau."
Gall dilysu'r modelau feithrin ymddiriedaeth yn eu rhagfynegiadau am brosesau astroffisegol. Mae'r rhain yn cynnwys ffurfiant, esblygiad a ffrwydradau sêr lle mae elfennau'n cael eu creu.
Cyhoeddwyd yr astudiaeth ynLlythyrau Adolygiad Corfforol.
Angen dilysu modelau damcaniaethol
Mae ffisegwyr niwclear yn datblygu modelau damcaniaethol mwy datblygedig i ragweld yn union briodweddau niwclysau atomig ansefydlog gyda strwythurau, siapiau a grymoedd cymhleth. Mae gan fodelau o'r fath y potensial i ddyfnhau ein dealltwriaeth o weithrediad mewnol niwclysau atomig.
Fodd bynnag, mae'n hanfodol dangos cywirdeb y modelau hyn cyn y gellir eu defnyddio i wthio ffiniau gwyddoniaeth. Mae hyn yn gofyn am y dasg anodd o gasglu mesuriadau byd manwl, real o niwclysau cymhleth a chymharu'r mesuriadau â rhagfynegiadau'r modelau.
Mae Ruthenium yn elfen ddelfrydol i ddilysu modelau damcaniaethol uwch. Mae gan y metel prin hwn atomau isotopau o'r un elfen â nifer gwahanol o niwtronau a sefydlogrwydd amrywiol-y gwyddys bod ganddo niwclysau â strwythurau a siapiau cymhleth. Mae yna gyfres o isotopau rutheniwm ymbelydrol ansefydlog y credir bod ganddynt siâp triaxial, yn debyg i almon neu ffa coffi.
Mesur priodweddau ruthenium
Defnyddiodd y tîm ymchwil Beamline Laser Argonne Tandem Hall ar gyfer cyfarpar Sbectrosgopeg Atom ac Ion (ATLANTIS) i fesur naw isotop rutheniwm ymbelydrol. Gosodwyd y ddyfais newydd hon yn System Cyflymydd Argonne Tandem Linac (ATLAS).
Mae ATLAS yn gyfleuster defnyddiwr DOE yn Argonne gyda chyflymydd llinellol uwch-ddargludol wedi'i gynllunio i astudio priodweddau niwclysau.
Cafodd yr ymchwilwyr fynediad i isotopau rutheniwm ymbelydrol o offeryn ATLAS arall, sef Uwchraddiad Bridiwr Isotop Prin California (CARIBU). Gall CARIBU gyflenwi rutheniwm ymbelydrol trwy ymholltiad ychydig bach o galorffant-elfen brin, hynod ymbelydrol.
"Mae'r isotopau ruthenium a astudiwyd gennym yn para eiliad yn unig cyn pydru i mewn i elfennau eraill," meddai Maass. "Mae ATLANTIS yn perfformio techneg o'r enw sbectrosgopeg laser colin. Mae'n ein galluogi i gasglu mesuriadau ar symiau bach iawn o'r isotopau hyn mewn llai nag eiliad."
Gan ddefnyddio ATLANTIS, cyfeiriodd yr ymchwilwyr belydr laser ar hyd yr un llwybr â thrawst o atomau rutheniwm. Ar rai amleddau laser, roedd yr atomau'n gyffrous ac yn dechrau fflworoleuedd, gan ddangos bod ffotonau ysgafn yn cael eu hallyrru. Nododd y tîm yr amleddau laser yr oedd allyriadau ffoton ar eu huchaf. Ailadroddwyd y broses hon ar gyfer y naw isotop ruthenium. Ar gyfer pob isotop, symudodd yr uchafbwynt allyriadau i amledd ychydig yn wahanol.
"Gallwn ddefnyddio'r sifft isotop hwn i gael y gwahaniaethau ym maint niwclear yr isotopau," meddai Maass.
Cymharodd y tîm y newidiadau maint hyn â rhagfynegiadau o Frwsel-Skyrme-ar-a-modelau Grid (BSkG), sydd ymhlith y rhai mwyaf datblygedig yn y byd ar gyfer strwythur niwclear. Yn wahanol i fodelau niwclear hŷn, traddodiadol, maent yn cyfrif am y grymoedd a'r rhyngweithiadau penodol ymhlith yr holl niwtronau a phrotonau mewn cnewyllyn.
Canfu'r ymchwilwyr gytundeb rhagorol rhwng eu canlyniadau a rhagfynegiadau o fodelau BskG, gan dynnu sylw at gadernid y modelau.
Yn nodedig, wrth geisio galluogi mesuriadau manwl gywir, datblygodd y tîm dechnoleg sbectrosgopeg laser colinol hefyd. Yn benodol, fe wnaethant ddatblygu a gweithredu technegau newydd effeithiol sy'n niwtraleiddio'r trawst atom a'i "bwnsio" yn gorbys.
Darganfyddwch y diweddaraf mewn gwyddoniaeth, technoleg, a gofod gyda drosodd100,000 o danysgrifwyrsy'n dibynnu ar Phys.org am fewnwelediad dyddiol. Cofrestrwch ar gyfer ein cylchlythyr rhad ac am ddim a chael diweddariadau ar ddatblygiadau arloesol, arloesiadau ac ymchwil sydd o bwys-dyddiol neu wythnosol.
Tanysgrifio
Goblygiadau ar gyfer astroffiseg
Dangosodd yr astudiaeth y gall modelau BskG wneud rhagfynegiadau o niwclysau ansefydlog, triaxial gyda chywirdeb rhyfeddol. Gall modelau pwerus o'r fath helpu astroffisegwyr i daflu goleuni ar sut mae'r bydysawd yn gweithio.
"Mae astroffisegwyr yn gwybod bod niwclysau ansefydlog, ymbelydrol yn chwarae rhan bwysig wrth ffurfio sêr ac elfennau yn y bydysawd," meddai Maass.
"Er mwyn deall ein bydysawd yn well, mae angen i ni wybod sut mae niwclysau wedi'u strwythuro a sut maen nhw'n rhyngweithio. Mae angen i ni allu rhagweld priodweddau niwclysau egsotig na ellir eu cynhyrchu mewn cyflymyddion gronynnau modern."
Datblygodd tri o awduron yr astudiaeth y modelau BskG: Wouter Ryssens a Guilherme Grams, y ddau o'r Université libre de Bruxelles yng Ngwlad Belg, a Michael Bender o'r Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon yn Ffrainc.
Yn ogystal â Maass, Ryssens, Grams a Bender, roedd arbrofion ac adeiladu ATLANTIS yn gydweithrediad rhwng ymchwilwyr o Argonne (Daniel Burdette, Jason Clark, Peter Mueller, Daniel Santiago-Gonzalez, Guy Savard ac Adrian Valverde), Prifysgol Dechnegol Darmstadt yn yr Almaen a’r Cyfleuster ar gyfer Trawst Isotop Prin ym Mhrifysgol Talaith Michigan.
Mae ATLANTIS ar gael i sefydliadau sy'n cydweithredu i berfformio mesuriadau sbectrosgopeg laser colin ar gyfer amrywiaeth o anghenion ymchwil. I archwilio cyfleoedd cydweithio, cysylltwch â Maass.
