القياس الأول لجلد النيوترون هو كشف أسرار النجوم المتفجرة

بالعربي/ الجلد النيوتروني هو ما يمنع النجوم النيوترونية من الانهيار إلى الثقوب السوداء.

قام الفيزيائيون للمرة الأولى بقياس الجلد الرقيق للنيوترونات المجهري الذي يحيط بداخل ذرات الرصاص ، ووجدوا أنه أكثر سمكًا مما كان متوقعًا. يمكن أن يساعد هذا الاكتشاف في الكشف عن بعض ألغاز النجوم النيوترونية – جثث نجمية فائقة الكثافة مليئة بالنيوترونات. 

جلد الذرة شيء غريب تخيله. تميل الصورة الشائعة لنواة الذرة إلى تصوير البروتونات والنيوترونات التي يتم تجميعها معًا بشكل عشوائي داخل كرة – مثل كرات العلكة في موزع زجاجي قديم الطراز. لكن في الواقع ، تميل العناصر الأثقل إلى توزيع كتل بنائها بشكل غير متساوٍ ، مع دفع بعض النيوترونات إلى الخارج لتشكيل “جلد” رقيق يحيط بنواة مختلطة من النيوترونات والبروتونات. 

“البروتونات الموجودة في نواة الرصاص موجودة في كرة ، ووجدنا أن النيوترونات موجودة في كرة أكبر حولها ، ونحن نسمي ذلك الجلد النيوتروني ،” كما قال المؤلف المشارك في الدراسة ، كنت باشكي ، أستاذ المواد النووية التجريبية والجسيمات الفيزياء في جامعة فيرجينيا ، في بيان .

نظرًا لأن الجلد يتكون من الكثافة الهائلة للبروتونات الداخلية والنيوترونات التي تضغط على النيوترونات المتبقية ، فإن قياس الجلد النيوتروني هو طريقة سهلة لقياس كثافة النواة بأكملها. للقيام بذلك ، شرع الباحثون في قياس الفرق في الحجم بين الكرات “الداخلية” و “الخارجية” للرصاص 208 – وهو نظير للرصاص يحتوي على 126 نيوترونًا و 82 بروتونًا.

كان العثور على حجم الكرة الداخلية سهلاً إلى حد ما ، وقد تم ذلك من قبل. أطلق باشكي وفريقه جسيمات مشحونة كهربائيًا على البروتونات موجبة الشحنة في مركز الذرة ، ثم قاسوا كيف ارتدت الجسيمات المشحونة عن البروتونات. ومع ذلك ، فإن نيوترونات الكرة الخارجية ليس لها شحنة. هذا يعني أن هناك حاجة إلى طريقة مختلفة لقياس كثافتها – طريقة تستخدم الزخم الزاوي للإلكترونات المبعثرة. 

من خلال إطلاق حزمة من الإلكترونات يتم التحكم فيها بدقة في ورقة رقيقة من نظير الرصاص ، وتبريدها إلى درجات حرارة شديدة البرودة لجعل النوى هدفًا ثابتًا ، قام الباحثون بقياس الطريقة المميزة التي تنحرف بها الإلكترونات ذات الزخم الزاوي المحدد بعد التفاعل مع النيوترونات. نظرًا لأن الإلكترونات كانت تنحرف كثيرًا في اتجاه واحد عندما يكون لها زخم زاوي معين ، يمكن للباحثين استخدام الإلكترونات المنحرفة لإنشاء صورة لسماكة الجلد النيوتروني. ووجدوا أن سمكها يبلغ حوالي 0.28 تريليون جزء من المليمتر ، أي أنحف بعشرة مليارات مرة من خلية الدم الحمراء. هذا أكثر سمكًا قليلاً مما اعتقده الفيزيائيون في البداية.

قال باشكي: “هذه هي الملاحظة الأكثر مباشرة للجلد النيوتروني. نحن نجد ما نسميه معادلة الحالة الصلبة – ضغط أعلى من المتوقع بحيث يصعب ضغط هذه النيوترونات في النواة”. معادلة الحالة هي المعادلة التي تصف حالة المادة في ظل مجموعة معينة من الشروط. “وهكذا ، وجدنا أن الكثافة داخل النواة أقل قليلاً مما كان متوقعًا.”

إن معرفة سماكة هذا الجلد ليس أمرًا حيويًا فقط لفهم خصائص الذرات ، ولكن أيضًا لفهم النجوم النيوترونية – البقايا فائقة الكثافة للنجوم الضخمة التي تشكلت بعد الانفجارات النجمية الهائلة ، أو المستعرات الأعظمية. نظرًا لأن النجوم النيوترونية تتكون من 90٪ نيوترونات ، فإن فهم كيفية تكوين النيوترونات داخل الذرات سوف يلقي أيضًا الضوء على الحدود التي تضعها على حجم هذه البقايا النجمية الغامضة – وكيف يبدو أن الجلد النيوتروني يمنع الجاذبية من سحقها حتى تصبح تصبح ثقوبًا سوداء . 

نظرًا لأن الرصاص هو أحد أكثر المواد كثافة الموجودة على الأرض ، فإن كثافة جلدها النيوتروني تشكل نقطة ممتازة مقارنة بالنجم النيوتروني ذي الكثافة العالية بشكل لا يصدق. تمكن فريق ثان من الباحثين ، الذين عملوا في الجزء الخلفي من دراسة الفريق الأول ، من تحديث التقديرات السابقة لنصف قطر نجم نيوتروني من 7.5 ميل (12 كيلومترًا) كحد أقصى 8.9 ميل (14.25 كيلومترًا).المحتوى ذي الصلة

قال خورخي بيكارفيتش ، المؤلف المشارك للدراسة الثانية والفيزيائي في جامعة ولاية فلوريدا ، في بيان: “لا توجد تجربة يمكننا إجراؤها في المختبر يمكنها فحص بنية النجم النيوتروني” . “يعتبر النجم النيوتروني كائنًا غريبًا لدرجة أننا لم نتمكن من إعادة إنشائه في المختبر. لذا ، فإن أي شيء يمكن القيام به في المختبر لتقييد أو إعلامنا بخصائص النجم النيوتروني مفيد جدًا.”

على الرغم من الطبيعة الأولية لهذه النتائج ، كان Piekarewicz إيجابيًا من أنه سيتم استخدامها جنبًا إلى جنب مع النتائج المستقبلية لإلغاء تأمين الطبيعة الغامضة للنجوم النيوترونية.

قال بيكارفيتش: “إنها تدفع حدود المعرفة”. “نريد جميعًا أن نعرف من أين أتينا ، ومن مكونات الكون وما هو المصير النهائي للكون.”

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com