Το «νετρονιακό δέρμα» του πυρήνα μοιάζει να είναι πολύ μαλακό

Οι βαρείς πυρήνες τυπικά έχουν ένα εξωτερικό στρώμα πλούσιο σε νετρόνια. Οι φυσικοί έχουν μετρήσει το πάχος του αποκαλούμενου «νετρονιακού δέρματος» με σκέδαση επί των πυρηνικών στόχων σωματίων μεγάλης μάζας. Μια νέα μέτρηση είναι σε θέση να δώσει ακόμη περισσότερες πληροφορίες για το «δέρμα», με τη χρήση φωτονίων-για πρώτη φορά-ως εργαλεία έρευνας. Τα υψηλής ακρίβειας αποτελέσματα, που δημοσιεύονται στο Physical Review Letters, δείχνουν ότι το «δέρμα» γύρω από πυρήνα μολύβδου δεν έχει μια αυστηρά καθορισμένη επιφάνεια, αλλά αντί αυτής είναι κάτι σαν «μαλακή» σφαιρική άλω.

Το «νετρονιακό δέρμα» προκύπτει εξ αιτίας της κατανομής των νετρονίων, που εκτείνεται (σε ακτίνα) πολύ πιο έξω από την κατανομή των πρωτονίων. Οι φυσικοί-είναι φυσικό-θα επιθυμούσαν να κατανοήσουν καλύτερα πώς διαφέρουν αυτές οι κατανομές, επειδή αυτή η γνώση ανοίγει ένα παράθυρο για την κατανόηση των σύνθετων ισχυρών αλληλεπιδράσεων που κρατούν μαζί πυρήνες, όπως στις πιο εξωτικές δομές όπως αυτές των άστρων νετρονίων. Η κατανομή των πρωτονίων μετρήθηκε με ακρίβεια με σκέδαση ηλεκτρονίων, αλλά η κατανομή των νετρονίων αποδείχθηκε πολύ «σκληρή» στην παρατήρηση. Προηγούμενα πειράματα εκτίμησαν το πάχος του «νετρονιακού δέρματος» με βομβαρδισμό των πυρήνων με πρωτόνια, πιόνια και άλλα «βαριά» σωμάτια.

Τώρα χρησιμοποιήθηκαν φωτόνια. Τα φωτόνια έχουν ένα πλεονέκτημα έναντι των άλλων πυρηνικών «ανιχνευτών» στο ότι μπορούν να διεισδύσουν βαθύτερα και να δώσουν περισσότερες πληροφορίες για την εσωτερική δομή. Στις εγκαταστάσεις του Mainz Microtron (MAMI) στη Γερμανία, οι ερευνητικές ομάδες του ερμητικού (ή 4π) σωματιδιακού ανιχνευτή Crystal Ball και A2 Collaborations, πυροδότησαν δέσμη φωτονίων με ενέργεια εκατοντάδες μέγα-ηλεκτρονιοβόλτ (MeV) προς στόχο που περιείχε το ισότοπο μόλυβδος-208. Οι ερευνητές συνέλεξαν «γεγονότα» στα οποία η σύγκρουση φωτονίου-πυρήνα παρήγαγε ένα ουδέτερο πιόνιο. Η ανάλυση των γωνιών με τις οποίες εκπέμπονται τα πιόνια έδειξαν ότι το «νετρονιακό δέρμα» είχε πάχος 0,15 femtometers, που είναι σε μια καλή συμφωνία με τις προηγούμενες εκτιμήσεις. Επιπρόσθετα, η ομάδα των ερευνητών βρήκε ότι η πυκνότητα των νετρονίων μειώνεται πιο αργά με την απόσταση από ότι η πυκνότητα των πρωτονίων. Ορισμένα μοντέλα της δομής του πυρήνα ταιριάζουν με αυτές τις ιδιότητες που παρατηρούνται στο «νετρονιακό δέρμα», ενώ κάποια άλλα όχι και μπορεί επομένως να αποκλειστούν.

Πηγή: APS

Μερικές διευκρινήσεις:

Ο Mainz Microtron (MAMI) είναι ένας επιταχυντής για δέσμες ηλεκτρονίων που λειτουργεί στο Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής του Πανεπιστημίου του Mainz και χρησιμοποιείται για πειράματα της φυσικής αδρονίων.

Η κρυστάλλινη μπάλα (Crystal Ball) είναι ένας ανιχνευτής σωματίων που περικλείει ερμητικά την περιοχή του επιταχυντή όπου συμβαίνουν οι συγκρούσεις.

Ο μόλυβδος-208 (Pb-208), είναι ένα από τα τέσσερα ισότοπα του μολύβδου (τα άλλα τρία είναι: Pb-204, Pb-206, Pb-207). Τα τρία, Pb-206, Pb-207 και Pb-208, είναι το τέλος των σειρών διασπάσεων του Ουρανίου-238, του Ακτινίου (από το Ουράνιο-235) και του Θορίου αντίστοιχα.

Το 1 μέγα-ηλεκτρονιοβόλτ (MeV) ισοδυναμεί με 1 εκατομμύριο ηλεκτρονιοβόλτ (eV).

Το 1 femtometer ισοδυναμεί με 1 εκατομμυριοστό του δισεκατομμυριοστού του μέτρου.