Přináší neutronové hvězdy na Zemi

Dojem umělce ukazuje dvě průsvitné koule, které představují plechová jádra, která se srazila a rozbila ve sprše barevných střepů. Uprostřed těchto střepů, které představují protony, neutrony a jejich shluky, je jeden pion, představovaný jako další průsvitná koule se dvěma menšími koulemi představujícími kvarky. Fotografický kredit: Zařízení Erin O’Donnell / Rare Isotope Rays

Mezinárodní výzkumný tým vedený Michiganskou státní univerzitou pomohl vytvořit kosmické podmínky na urychlovači těžkých iontů RIKEN v Japonsku.

Představte si, že vezmete veškerou vodu v Michiganském jezeře – více než bilion galonů – a vymačkáte ji do kbelíku o objemu 4 galony, jaký byste našli v železářství.

Rychlá kontrola čísel naznačuje, že by to mělo být nemožné: to je příliš mnoho věcí a málo místa. Tato neúspěšná hustota je však určující charakteristikou nebeských objektů známých jako neutronové hvězdy. Tyto hvězdy mají průměr pouhých 15 mil, ale díky extrémní fyzice drží více hmoty než naše slunce.

Pod vedením výzkumníků z Michiganské státní univerzity nyní mezinárodní spolupráce a Neutronová hvězdaVesmírné podmínky na Zemi pro lepší studium této extrémní vědy. Tým oznámil své výsledky v časopise Dopisy o fyzickém vyšetření 19. dubna 2021.

Pro experiment tým vybral cín, aby vytvořil hustou polévku z jádra, která je bohatá na neutrony a blíže napodobuje prostředí neutronových hvězd. Tým zrychlil paprsek cínových jader v japonském RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science na téměř dvě třetiny rychlosti světla. Výzkum byl financován Úřadem pro jadernou fyziku amerického ministerstva energetiky (DOE-SC) a japonským ministerstvem školství, kultury, sportu, vědy a technologie (MEXT).

Betty Tsang

Betty Tsang, profesorka jaderné vědy a výzkumná pracovnice v Národní supravodivé cyklotronové laboratoři MSU. Obrazový kredit: MSU

Vědci vyslali tento paprsek přes tenký plechový terč nebo fólii, aby srazili plechová jádra k sobě. Jádra se štěpí a na okamžik – miliardtina biliontiny sekundy – vrak existuje jako superhustá oblast jaderných stavebních bloků zvaných protony a neutrony. I když je toto prostředí těkavé, žije dostatečně dlouho na to, aby produkovalo vzácné částice zvané piony (které se vyslovují „pie-ons“ – „pi“ pochází z řeckého písmene π).

Vytvořením a identifikací těchto pionů tým umožňuje vědcům lépe odpovídat na zbývající otázky týkající se jaderné vědy a neutronových hvězd. Například tato práce může vědcům pomoci lépe charakterizovat vnitřní tlak, který zabraňuje kolapsu neutronových hvězd pod jejich vlastní gravitací a přeměnou na černé díry.

„Experiment, který jsme provedli, lze provést pouze na neutronových hvězdách,“ uvedla Betty Tsang, profesorka jaderné vědy a výzkumná pracovnice Národní supravodivé cyklotronové laboratoře (NSCL) MSU.

Vědci se bohužel nemohou usadit v neutronových hvězdách. Kromě teplot bublin a tíživých gravitačních sil je nejbližší neutronová hvězda vzdálená asi 400 světelných let.

Ve vesmíru však existuje jiné místo, kde mohou vědci pozorovat hmotu zabalenou v takové neuvěřitelné hustotě. Toto je v laboratořích urychlovače částic, kde vědci mohou rozbít jádra atomů nebo jader, aby vytlačili velké množství jaderné hmoty do velmi malých objemů.

Samozřejmě to není ani dort.

William Lynch

William Lynch, profesor jaderné fyziky na Ústavu fyziky a astronomie MSU na Vysoké škole přírodních věd. Obrazový kredit: MSU

„Experiment je velmi obtížný,“ řekl Tsang. „Proto je tým tak nadšený.“ Tsang a William Lynch, profesor jaderné fyziky na Ústavu pro fyziku a astronomii na MSU, vedou sparťanský výzkumný kontingent v mezinárodním týmu.

K dosažení svých společných cílů v této studii využily spolupracující instituty své silné stránky.

„Proto shromažďujeme personál,“ řekl Tsang. „Problémy řešíme rozšířením skupiny a pozváním lidí, kteří skutečně vědí, co dělají.“

MSU, které je hostitelem vysokoškolského programu jaderné fyziky na vysoké úrovni v USA, se ujalo vedení při budování průkopnického detektoru. Nástroj nazvaný SπRIT Time Projection Chamber byl sestrojen ze zaměstnanců Texas A&M University a RIKEN.

RIKENův urychlovač částic poskytoval energii a vzácná neutronová bohatá cínová jádra potřebná k vytvoření prostředí připomínajícího neutronovou hvězdu. Výzkumníci z Technické univerzity v Darmstadtu v Německu přispěli cíly na cín, které musely splňovat přesné specifikace. Studenti, zaměstnanci a fakulty z jiných institucí v Asii a Evropě pomohli připravit experiment a analyzovat data.

Tento experiment na urychlovači RIKEN pomohl posunout toto chápání energie a hustoty na novou úroveň, ale existuje mnoho dalších výzev.

Když v roce 2022 zprovozní zařízení na vzácné izotopové paprsky (FRIB), slibuje také, že bude centrem mezinárodní spolupráce v jaderné vědě. A zařízení bude jedinečně vybaveno k dalšímu zkoumání toho, jak se jaderné systémy chovají při extrémních energiích a hustotách.

„Když se FRIB připojí k internetu, máme více možností paprsku a můžeme provádět mnohem přesnější měření,“ řekl Tsang. „A to nám pomůže lépe porozumět nitru neutronových hvězd a objevit věci, které jsou ještě fascinující a překvapivější.“

Odkaz: „Výzkum energie symetrie s poměrem spektrálních pionů“ J. Estee et al. (SπRIT Collaboration), 19. dubna 2021, Dopisy o fyzickém vyšetření.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.162701

Tuto práci podpořilo DOE-SC v rámci grantových čísel DOE DESC0004835, DOE DESC0014530 a DOE-SC0021235.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Houby mohou léčit bakterie a obohatit půdu o živiny

Aeroskulární mykorhizní houby se rozprostírají přes dlouhé vláknité struktury zvané krásně až k zemi. Krásy, menší než lidské vlasy, lze vidět mezi kořeny...

Světlo zapíná barvy a vzory objektů

Nový systém využívá ultrafialové světlo, které se promítá na objekty natřené barvou aktivující světlo, ke změně reflexních vlastností barvy a vytváření obrazů během několika...

Ne! Je pravděpodobnější, že žádosti o půjčku zpracované kolem poledne budou zamítnuty

Úředníci bankovních půjček pravděpodobněji budou schvalovat žádosti o půjčky dříve a později během dne, zatímco „únava z rozhodování“ kolem poledne je spojena s nedodržováním...

Náročné modely před oddělením v Bothnian Bay

19. dubna 2021 Mořský led na severu Baltského moře vykazuje některé přesvědčivé vzory, než se na jaře roztaví a setře. Na rozdíl od mořského ledu, který...

Výjimečná biologická rozmanitost ve 14,7 milionu let starém tropickém deštném pralese a osvětluje vývoj

Ekologická rekonstrukce bioty Zhangpu. Obrazový kredit: NIGPAS Nově objevený miocénní biom osvětluje vývoj deštného pralesa Mezinárodní výzkumná skupina vedená profesorem WANG Bo a profesorem SHI...

Newsletter

Subscribe to stay updated.