Protoner inuti vissa typer av väte och helium beter sig konstigt

I vissa typer av helium och väte har protoner mer än sex gånger så stor sannolikhet att para ihop sig än i andra atomer – vilket kan betyda att det finns något vi inte förstår med den starka kärnkraften

Fysik


31 augusti 2022

3D gör av helium-3 atom på en molnig lila bakgrund;  Shutterstock ID 117909754;  inköpsorder: -;  jobb: -;  klient: -;  Övrig: -

Konstnärens intryck av en helium-3-atom

Shutterstock/ogwen

Inuti kärnan i vissa atomer verkar protoner göra mycket oväntade saker. De parar sig mycket oftare än vanligt när de kommer extremt nära varandra, och fysiker förstår inte helt varför. Att gå till botten med detta fenomen kan hjälpa oss att bättre förstå den starka kärnkraften, som styr interaktioner i extremt liten skala.

John Arrington vid Lawrence Berkeley National Laboratory i Kalifornien och hans kollegor riktade en stråle av mycket energiska elektroner mot ett mål gjord av en lättare version av helium som kallas helium-3 och tritium, den radioaktiva versionen av väte, för att få en inblick i tidigare outforskade interaktioner mellan protoner och neutroner i deras kärnor.

När protoner och neutroner inuti en kärna kommer så nära varandra som en kvadrilliondels meter, parar de sig kortvarigt och flyger sedan iväg med mycket fart. Arrington säger att genom att mäta hastigheten eller energin hos elektroner i strålen som rikoschetterar från paren, kunde forskarna räkna antalet partikelduos som var antingen proton-proton- eller proton-neutronpar.

Det slutliga resultatet var oväntat, säger Arrington. Liknande experiment tidigare som använde atomer som kol eller bly fann att endast cirka 3 procent av parningarna i varje kärna var mellan två protoner, men för helium-3 och tritium fann forskarna att siffran var närmare 20 procent .

Arrington säger att helium-3 och tritiumkärnor är mindre tätt packade med partiklar än tidigare undersökta kärnor, vilket kan innebära att partiklar närmar sig varandra mer sällan, men med större preferens för att protoner ska paras ihop. En sådan obalans kan vara en egenskap hos hur kärnkrafter fungerar på mycket små avstånd, vilket ännu inte är helt förstått, säger han.

Lawrence Weinstein vid Old Dominion University i Virginia säger att det stora antalet protonpar kan antyda någon ny rynka i den starka kärnkraften, men att mer raffinerade och detaljerade teoretiska modeller av experimentet måste utvecklas innan fyndet anses vara definitivt.

Mark Strikman vid Pennsylvania State University säger att om framtida studier bekräftar dessa fynd kan de påverka hur fysiker tänker om neutronstjärnor. Partiklar är packade så tätt tillsammans i dessa stjärnor att de är de tätaste objekten i universum. Hur massiv en neutronstjärna kan vara beror då delvis på hur neutroner och protoner samverkar när de är så nära varandra, säger Strikman.

Journalreferens: Natur, DOI: 10.1038/s41586-022-05007-2

Artikel ändrad den 31 augusti 2022

Vi korrigerade andelen proton-protonpar i kol- och blyatomer

Mer om dessa ämnen:

Leave a Comment

Your email address will not be published.