Nuclee Exotice

Interacţiunea dintre protoni şi neutroni produce o varietate incredibila de nuclee: toate elementele care constituie universul nostru, de la hidrogen, cel mai usor, la uraniu, cel mai greu dintre elementele naturale.

Cunostintele noastre din lumea sub-atomica, în primul rând, a fost construit prin studierea de nuclee pe care l-am găsit pe Pământ, care au fost falsificate de stele, de mai multe miliarde de ani în urmă.

Nucleele stabile sunt in echilibru: coeziunea lor este de asa natura, incat nici o transmutatia radioactiva nu este posibila. Pentru o anumita masa, in proportie de neutroni si protoni corespunde structurilor puternic legat de actiunea combinata a diferitelor interactiuni: interactiuni puternice, de asociere, rotirea orbitei, si repulsia Coulomb.

Natura, in procesele de nucleosinteza, si de om, cu acceleratoare de particule, stiu cum sa produca nuclee in afara acestui echilibru. Acesta este domeniul de nuclee exotice, de nuclee instabile care nu există natural pe Pământ.

Intr-o anumita limita in coeziunea nucleara, aceste nuclee se vor uni in timp intr-o stabilitate nucleica transformandu-se din neutroni in protoni sau invers. Radioactivitatea β este cea responsabila pentru aceasta transformare si pentru slabiciunea acestor interactiunilor se justifica timpul indelungat pentru aceste procese, de la cateva milisecunde la milioane de ani.

In afara limitelor coeziunilor nucleare, unul sau cativa nucleoni care nu poate sa fie mai lungi, si sistemul dezagregat cvasi instantaneu (in timpul ordinii a 10-21s) in cateva piese. Aceasta este o limita a coeziunii, numita drip-line, pe care limitele nucleare de pe fiecare hotar din nucleu este gasita de catre numerele sale de neutroni si protoni (figura 1). Noi urmarim sa exporam aceasta intreaga harta in ordine pentru a testa cunostintele noastre despre coeziunea nucleara. Tintele sunt clare:

a) Identificarea diferitelor fenomene la originea proprietatii nucleare;

b) A extinde si a testa modele capabile sa descrie aceste fenomene;

c) A stabili bazele acestor modele.

Explorarea “terra incognita” a nucleilor exotici

Dupa estimarile curente, intre 5000 si 7000 de nuclei delimitati trebuie sa existe pe harta, dar numai 2000 dintre ei au fost observati la o data fixa. In plus, in afara de acele putine 250 de specii stabile, cele mai mici informatii ar trebui obtinute din aceste nuclee instabile. Ca exemplu, au fost observate conditiile tulburate a primilor 550 de specii nucleare.

Pentru a exmina un nucleu si sa caracterizezi proprietatea lui, este necesar a supune la diferite reactii nucleare. Nucleele stabile pot fi folosite ca tinte si pot fi bombardate cu particulele apropiate. Instabil si rar, nucleile exotice nu traiesc destul pentru a face o tinta, prin urmare ca sa studiezi reactiile dintre ei par imposibil. Revolutia vine dinspre posibilitatea constituirii razelor nucleelor exotice. In schimbul trimiterilor a unor probe spre nucleu pentru a fi studiate, este suficient sa trimiti nucleul la probe. Astfel razele nucleului exotic deschid un domeniu de studiat. Productia razelor secundare implica o foarte mare intensitate pierduta cand se compara cu prima raza, caracteristic a 6 spre 12 ordini de marire. Asadar solicitarea experimentala a cheilor au accelerator de intensitate mare si un detector de sistem foarte eficient. Prin revizuire lor vom ilustra interesele cu cateva exemple.

Nuclee usoare

A aborda descrierea nucleului, care par evidente si care sunt in intregime satisfacatoare pentru fizica atomica, a constat in incercarea de a considera forta nucleara ca suma fortelor dintre nucleonii individuali. Interactiunea dintre doi nucleoni nu este deobicei inteleasa incepand de la principiile fundamentale, dar pot fi modelate cu un grad inalt de precizie adjustand-o la o baza experimentala larga cu date pentru p-p, p-n si n-n imprastiate, corespunzand la doua corpuri puternice. Recent, a devenit posibil a face calculul exact a initialelor ab pentru sistemele cu n-corpuri crescand la A=12 cu aceste forte realiste.

Acest model de calculare arata ca este necesara includerea in modele a trei corpuri fortate pentru reproducere, ca exemplu, obligarea energiei acestor nuclee. Drept ca cele doua corpuri fortate, aceste trei corpuri fortate nu pot fi calculate cu principiile fundamentale. Figura 2 iustreaza rezultatul obtinut. In aceasta regiune, doar 5 nuclee stabile exista, nu destul pentru a putea fixa parametrii modelului. 7 nuclee instabile astfel ca 6,8,10He sunt esentiale deci sa stabileasca si sa controleze modelul. Un rezultat neasteptat este obtinut: contributia a trei corpuri fortate ating 50% din legatura energetica pentru A=8. Asadar nucleele exotice usoare sunt un excelent test pentru intelegerea noastra despre forta nucleara. De ce acest experiment sugestiv este si un efort teoretic facut in momentul cand intelegem structura acestui nucleu si pentru a explora proprietatile noului sistem la fel ca 5,7H, sau cuadritonul 4n, mai mult egal spre echilibru. Acestea ilustreaza interesele nucleelor exotice ca testand pamantul sa stabileasca fundatia modelelor.