מחקר חדש חושף את תהליך היצמדות הנוקלאונים בגרעיני האטומים

לתוצאות הניסוי, בהשתתפות 140 חוקרים מכל העולם בהובלת חוקרים מאוניברסיטת ת”א במאיץ החלקיקים ע”ש ג’פרסון שבארה”ב, השפעות מרחיקות לכת על הבנתם של גרעיני אטומים כבדים * המחקר החדש פורסם בכתב העת Science

ניסוי חדש שנערך במאיץ החלקיקים ע”ש תומס ג’פרסון שבארצות הברית הראה שפרוטונים וניטרונים נעים מהר יותר כאשר הם נצמדים לזוג מאשר לחוד. הניסוי הינו תוצאה של שיתוף פעולה בין 140 מדענים מרחבי העולם בהובלתם של חוקרי פיזיקה גרעינית מאוניברסיטת תל אביב. תוצאות הניסוי פורסמו בכתב העת היוקרתי Science.

הגרעין האטומי מורכב מפרוטונים וניטרונים, הנקראים יחדיו נוקלאונים. ללימוד יחסי הגומלין שבין הפרוטונים לניטרונים בגרעין השלכות מרחיקות לכת על הבנת תהליכים כגון היווצרות כוכבי ניטרונים והגלקסיות שביקום ייצור של איזוטופים רדיואקטיביים ומערכות דימות של תהודה מגנטית גרעינית.

“פרוטונים וניטרונים שמתחברים יחד לצמדים נעים במהירות גבוהה יותר מפרוטונים וניטרונים שנעים לבד”, מסביר אור חן, דוקטורנט בבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב ומחברו הראשי של המאמר. “אנחנו הוכחנו שזוהי תופעה אוניברסלית, שמתקיימת בכל גרעיני האטומים, כולל אלו של אטומים כבדים בהם יש יותר ניטרונים מפרוטונים”.

כדי לבדוק את השערתם, החוקרים הפציצו גרעינים אטומיים באלומת אלקטרונים עם אנרגיה של 5 מיליארד אלקטרון וולט. גלאים מיוחדים גילו את הפרוטונים והניטרונים שנפלטו מהגרעין המפורק, והראו כי בכל רגע נתון כ-20% מהנוקלאונים בגרעין מתקרבים אחד לשני ויוצרים זוג בעל משיכה הדדית המגבירה את מהירות שניהם.

תוצאה מפתיעה עוד יותר היתה העדפתם של הנוקלאונים: בכל הגרעינים שנמדדו הנוקלאונים העדיפו להתחבר לנוקלאונים שונים מהם (פרוטונים מעדיפים ניטרונים על פני פרוטונים, ולהפך). “באנלוגיה של מסיבת ריקודים, הבנים מעדיפים לרקוד בעיקר עם הבנות”, מסביר פרופ’ אלי פיסצקי, ראש הקבוצה לפיזיקה גרעינית באוניברסיטת תל אביב ושותף למאמר.

“הזוגיות הזו של הנוקלאונים השונים שולטת גם בהתנהגותם של גרעינים כבדים כמו עופרת”, מציין ד”ר דאג היגינבוטם, חוקר ממעבדת ג’פרסון ושותף למאמר. “זה משנה את ההבנה של כוכבי ניטרונים ומערכות גרעיניות אחרות בגלקסיה שלנו”, מוסיף פיסצקי.

העובדה שזוגות בגרעין הן בעיקר זוגות של פרוטון-ניטרון מעידה על כך שיש מספר זהה של פרוטונים וניטרונים שנעים במהירות גבוהה בגרעין. במקרה של גרעינים כבדים, בהם יש יותר ניטרונים מפרוטונים, דווקא לפרוטונים יש הסתברות גבוהה יותר לנוע מהר. אפקט זה גורם לכך שלמיעוט הפרוטוני יכולה להיות מהירות ממוצעת גבוהה יותר מזו של הרוב הנירטוני. התנהגות זו הפוכה למערכות ללא אינטראקציה קצרת טווח בין החלקיקים.

כעת מקווה הצוות הישראלי להשתמש בתוצאות החדשות כדי להבין את יחסי הגומלין גם במערכות שונות כמו קוורקים בתוך הנוקלאון, כוכבי ניטרונים וגזים אטומים קרים. לצורך כך, קבוצת הגרעין באוניברסיטת תל אביב משתפת פעולה עם ד”ר יואב שגיא מהטכניון, המקים בימים אלה מעבדת אטומים קרים שתאפשר, בין היתר, לדמות את האסימטריה הגדולה של כוכבי ניטרונים במערוכת אטומים קרים.

להודעה של מעבדות ג’פרסון