تلاشی قهرمانانه برای اندازه گیری هلیوم


اتم هلیوم چقدر بزرگ است؟ یا شاید سوال بهتر این است که چقدر کوچک است. بعد از یک بازی پیچیده بازی ذرات ، اکنون فیزیکدانان شعاع هسته هلیوم را 5 برابر دقیق تر از قبل اندازه گیری کرده اند.

چرا؟ خوب ، جولیان کراوت ، فیزیکدان اتمی از م Instituteسسه ماکس پلانک می گوید که این نوع اندازه گیری ها می توانند اساسی ترین ایده های ما را در مورد نحوه کار اتم ها اصلاح کنند – مانند تئوری الکترودینامیک کوانتوم.

“بنابراین برای دیدن اینکه کجا می تواند آسیب ببیند یا کجا می توان اشاره کرد که چیزی که تاکنون از دست داده ایم ، باید اندازه گیری های بسیار دقیق انجام دهیم.”

اما انجام آن اندازه گیری ها اقدامی بزرگ بود. ابتدا کراوت و همکارانش مجبور شدند با ارائه ذره ای به نام میون به دو الکترون معمول عنصر ، عطر خاصی از هلیوم ایجاد کنند. کراوت می گوید که فقط رسیدن به میون ها دشوار بود.

“ما پروتون های پرانرژی را از یک شتاب دهنده پروتون ایجاد می کنیم و آن پروتون ها را به هدف ساخته شده از کربن پرتاب می کنیم … و در این روند برخورد ، ما همچنین گل صد تومانی ایجاد می کنیم که سپس به میون تبدیل می شوند.”

میونها فقط دو میکروثانیه دوام می آورند. بنابراین آنچه بعد اتفاق می افتد سریع اتفاق می افتد.

آنها میونها را به داخل لوله آزمایش حاوی گاز هلیوم شلیک می کنند. وقتی هلیوم به اندازه کافی به آنجا برخورد کرد ، میون سرعت خود را کم کرده و انرژی خود را از دست می دهد – و در نهایت توسط آخرین اتم هلیوم جذب می شود. میون هر دو الکترون اتم را خارج می کند و آنچه باقی می ماند هسته هلیوم – که دو پروتون و دو نوترون است – و یک میون است. به آن یون هلیوم میون گفته می شود.

سپس این یونها را در نور لیزر غسل می دهند ، به این امید که میونها را به حالت انرژی بالاتر اما ناپایدار برسانند.

کاترین کلاوس ، فیزیکدان اتمی و نویسنده علوم ، این فرایند را به تمیز کردن یک میز آشفته تشبیه کرد.

“بنابراین مثل اینکه اگر اتم میز من باشد … من تمام میزم غذا دارم زیرا ناهار را روی میزم می خورم.”

او می گوید که کمی اوضاع پایدار است … زیرا غالباً روی میز کار او غذای مانده است.

“اگر مجبور به تمیز کردن آن می شدم ، آن را در وضعیت ناپایداری قرار می دادم. چون نمی توانم مدت زیادی آن را تمیز نگه دارم. این معادل نور لیزر روشن کننده روی آن اتم است ، آن را از حالت غذایی نامرتب خارج کرده و آن را در یک شرایط تمیز. ”

همانطور که میز کلاوس نمی تواند برای مدت طولانی تمیز بماند ، میون تقریباً بلافاصله به حالت “بی نظمی” پایدارتر می رسد.

“اما غذا نمی تواند دوباره کثیف شود زیرا غذایی وجود ندارد. اما کاغذها و کتابهایی وجود دارد. آنها گسترش می یابند.

بنابراین ، میون در یک مکان نیمه پایدار – میز غذا به هم ریخته – آغاز می شود. به یک وضعیت ناپایدار می رود – یک میز کار تمیز. و سپس به حالت پایه پایدار دیگری سقوط می کند. میز آشفته کاغذی.

در حالی که میون به این می افتد ناهمسان در شرایط زمینی ، یک اشعه ایکس ساطع می شود و به تیم کراوت هشدار می دهد که انتقال انجام شده است. این به نوبه خود به این معنی است که نور لیزر آنها هر فرکانسی باشد ، فقط کافی بود که میون را از سطح انرژی اولیه به یک سطح انرژی بالاتر و ناپایدار شلیک کنید.

“این تفاوت ، این اختلاف انرژی بین این دو سطح انرژی – از این طریق می توان نتیجه گرفت که اندازه هسته واقعاً چه اندازه است.”

در دنباله این؟ انرژی لیزر مورد استفاده برای انتقال میون به این حالت ناپایدار می تواند برای محاسبه شعاع هسته هلیوم استفاده شود. که 1.6724 فمومتر است – یک فمتومتر چهار کیلو متر است.

آنها نتایج را در مجله گزارش می دهند طبیعت. [Julian J. Krauth et al, Measuring the α-particle charge radius with muonic helium-4 ions]

این یافته به خوبی با اندازه گیری هسته هلیوم به دست آمده از طریق دیگر موافق است ، اگرچه پنج برابر دقیق تر است. و این توافق بدان معنی است که احتمالاً بهترین تقریب ما در مورد نحوه تعامل عناصر سازنده جهان با یکدیگر – مدل استاندارد – در حال حاضر ایمن است.

“بله ، در حال حاضر – اما این فقط بدان معنی است که در سطح دقت ما در حال حاضر ، همه چیز خوب است. و همچنین به این معنی است که ما باید دقیق تر اندازه گیری کنیم و جستجوی خود را ادامه دهیم.”

اگر این مطالعه نشانه ای باشد ، به دست آوردن اندازه گیری دقیق تر هلیوم نیز کار هرکول است.

-کریستوفر حک شده است

[The above text is a transcript of this podcast.]


منبع: khabar-dirooz.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*