美国华盛顿特区国际冬季会议和核技术博览会致力于推动、培育并促进核科学与技术的发展及其应用,以造福社会。展会让与会者一睹新技术的应用,并为与会者提供许多机会,在友好轻松的氛围中享用美食、享受乐趣的同时,增进彼此之间的交流,建立新的专业关系。
布鲁克海文国家实验室最近发表的一项研究,为研究原子核结构提供了一种全新的高能方法。科学家们一直在使用相对论重离子对撞机(RHIC,简称STAR)的螺线管追踪器来追踪粒子加速器中离子碰撞产生的粒子。
STAR合作组织:这项研究由STAR合作组织开展,这是一个由来自12个国家55个机构的数百名科学家和工程师组成的国际团队。在实验中,研究人员“不仅量化了原子核的整体形状——无论是像足球一样被拉长还是像橘子一样被压扁——而且还测量了原子核的微妙的三轴性,即三个主轴之间的相对差异,这种差异决定了原子核的形状介于‘足球’和‘橘子’之间,”论文合著者、纽约州立大学石溪分校物理学和天文学兼职教授贾江勇说道。
低能极限:本研究中使用的高能方法与物理学家长期以来用于研究原子核形状和结构的低能实验形成了鲜明对比,例如观察激发态原子核衰变过程中发射光子的非侵入性光谱技术。这些方法存在局限性,因为它们无法提供原子核中质子空间排列的细微变化信息——这些变化发生得太快而无法被探测到。低能方法也无法直接观测原子核中的中子。
STAR 研究人员总结了这个问题:“在这些(低)能量下,它们的(原子核)瞬时形状被长期尺度的量子涨落所掩盖,使得直接观察变得具有挑战性。”两颗铀原子核碰撞产生的带电粒子轨迹的艺术呈现,与RHIC的STAR探测器草图重叠。
碰撞特定快照:在STAR探测器使用的原子核成像技术中,研究人员写道:“我们引入了集体流辅助的原子核形状成像方法,该方法通过以超相对论速度碰撞原子核并分析逸出碎片的集体响应来对原子核的整体形状进行成像。该技术捕捉了原子核内部空间物质分布的碰撞特定快照,并通过流体动力学膨胀,将模式印刻在探测器观测到的粒子动量分布上。”
通过利用高能技术对许多不同的碰撞进行一系列“快照”,研究人员能够收集比传统低能技术更多的信息并观察到更多的结构复杂性。
为了验证他们研究原子核结构的新方法是否与传统方法基本一致,研究人员将他们的发现与先前已知的发现进行了比较:“我们以基态铀238原子核的碰撞作为基准,铀238原子核以其细长的轴对称形状而闻名。我们的研究结果表明,原子核基态存在较大的变形,且略微偏离轴对称性,这与之前的低能实验结果大致一致。”
关于铀的惊人发现:这项研究的主要目的是建立一种新的原子核成像方法。然而,在研究过程中,研究人员还发现了一些关于铀原子核的惊人新信息。据此,“科学家们观察到的并非仅仅导致铀原子核‘长轴’伸长的单一主轴的扭曲,而是三个主轴都存在差异,这表明铀原子核比之前认为的更为复杂。”
BNL 表示,STAR 团队为破译原子核形状所做的工作“与一系列物理学问题息息相关,包括哪些原子最有可能在核裂变中分裂,重原子元素在中子星碰撞中如何形成,以及哪些原子核可以为发现奇异粒子衰变提供线索。利用对原子核形状的深入了解,还将加深科学家对模拟早期宇宙的粒子汤初始条件的理解,该粒子汤是在 RHIC 高能粒子碰撞中产生的。该方法可用于分析来自 RHIC 的更多数据以及从欧洲大型强子对撞机的核碰撞中收集的数据。”
贾教授指出,这项研究已经对核物理学界产生了影响。“这项研究涉及许多跨学科领域。核物理学包含许多分支领域。通常,每个领域都使用自己的工具——理论和实验。但由于这些成果,世界各地的低能核结构和核反应领域都引起了关注。组织了多次研讨会、会议和研讨会,探讨核物理学中高能和低能前沿之间的联系,这有助于我们更好地相互理解。”
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下届展会时间:2025年11月09号~11月12号
展会行业:能源