这将为了解原子核内部结构新的视角

日期:2021-04-16 23:39:03 来源:互联网 编辑 : 小狐 阅读人数:219

天文学家找到了解中子星内部的新方法,可成为核物理学家研究原子核内部结构的新工具。中子星是恒星燃烧完核心的氢后(压力变小)因重力大过压力使其被压缩至城市大小。假如将地球质量的物体压缩到中子星密度,其大小

天文学家找到了解中子星内部的新方法,可成为核物理学家研究原子核内部结构的新工具。

中子星是恒星燃烧完核心的氢后(压力变小)因重力大过压力使其被压缩至城市大小。假如将地球质量的物体压缩到中子星密度,其大小将仅有数百公尺,中子星是致密星体之一。核物理学家对中子或质子间作用力的了解来自原子核,而大自然中子星,这个相对原子核有较高密度和中子含量的极端环境,可帮助科学家更了解其性质。

这将为了解原子核内部结构新的视角(图1)

在一篇发表在英国皇家天文学会月刊的研究,英国巴斯大学的天文学家发现,在两中子星绕转轨道逐渐缩小、速度变大到激烈碰撞合并的过程中,其所产生的共振现象将中子星内部组成的线索。共振,是指当外加的作用力和物体自然频率相同时,所引起的大震动。如声乐家透过和玻璃杯振动频相同的宏亮歌声,把玻璃杯震碎。

当两个即将合并的中子星达到共振状态,中子星的坚硬外层(比钢坚硬100亿倍)将碎裂,并产生可被太空望远镜观测到的,明亮伽马射线爆发。互相绕转的中子星也会产生引力波,同时测量引力波和伽玛射线爆可计算中子星的对称能量 。

这将为了解原子核内部结构新的视角(图2)

对称能量是核物质的特性之一,它蕴含了在不同比例的质子和中子组成间所需的能量。因此对称能量控制了原子核中次原子(质子、中子)的比例,并决定极高密度的中子星内部次原子的比例如何变化。对称能量的数值将显示中子星的组成,乃至于质子和中子间的交互作用力的性质。

这将为了解原子核内部结构新的视角(图3)

核物理学家从原子甚至更小粒子的尺度,而天文学家则由超过数百万光年远的物体和事件,科学家从两个完全不同的尺度研究同样的现象。虽然束缚夸克形成中子和质子的作用力是已知的,但对其在中子星内(大量中子聚集)的作用,科学家尚未完全了解。实验核物理的资料虽可帮助了解,但因原子核内质子与中子的数量相似且不同原子核的密度差异不大,这与中子星内部,主要由中子组成且密度分布较广(最高可到原子核密度的10倍)的环境非常不同。在本篇研究中,提出一个可以从数亿光年远的地方,来了解中子星内性质(对称能量)的方法,这将为了解原子核内部结构新的视角。

本文相关词条概念解析:

原子核

原子核(atomicnucleus)简称“核”。位于原子的核心部分,由质子和中子两种微粒构成。而质子又是由两个上夸克和一个下夸克组成,中子又是由两个下夸克和一个上夸克组成。原子核极小,它的直径在10-15m~10-14m之间,体积只占原子体积的几千亿分之一,在这极小的原子核里却集中了99.96%以上原子的质量。原子核的密度极大,核密度约为1017kg/m3,即1m3的体积如装满原子核,其质量将达到1014t,即1百万亿吨。原子核的能量极大。构成原子核的质子和中子之间存在着巨大的吸引力,能克服质子之间所带正电荷的斥力而结合成原子核,使原子在化学反应中原子核不发生分裂。当一些原子核发生裂变(原子核分裂为两个或更多的核)或聚变(轻原子核相遇时结合成为重核)时,会释放出巨大的原子核能,即原子能(例如核能发电)。利用这一性质,方便人们的生活。整个原子不显电性是中性。

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