एक दोहरी जादुई खोज

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एक दोहरी जादुई खोज

जिरकोनियम-80 का विकृत नाभिक इसके 40 प्रोटॉन और 40 न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के योग से हल्का होता है। लुप्त द्रव्यमान E = mc2 द्वारा बाध्यकारी ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है। नाभिक को एक साथ रखने के लिए बाध्यकारी ऊर्जा जिम्मेदार है। श्रेय: दुर्लभ आइसोटोप बीम के लिए सुविधा

मिशिगन स्टेट यूनिवर्सिटी (MSU) में नेशनल सुपरकंडक्टिंग साइक्लोट्रॉन लेबोरेटरी (NSCL) और फैसिलिटी फॉर रेयर आइसोटोप बीम्स (FRIB) के वैज्ञानिकों सहित शोधकर्ताओं की एक टीम ने ज़िरकोनियम -80 के लापता द्रव्यमान के मामले को सुलझाया है।


सच कहूं तो उन्होंने केस को छोड़ भी दिया। प्रयोगों से पता चला है कि ज़िरकोनियम -80 -, एक ज़िरकोनियम परमाणु जिसमें इसके मूल या नाभिक में 40 प्रोटॉन और 40 न्यूट्रॉन होते हैं, एनएससीएल की दुर्लभ आइसोटोप बनाने और विश्लेषण करने की अद्वितीय क्षमता का उपयोग करके अपेक्षा से हल्का होता है। FRIB के सिद्धांतकार तब उन्नत परमाणु मॉडल और उपन्यास सांख्यिकीय विधियों का उपयोग करके उस लापता हिस्से के लिए जिम्मेदार थे।

एफआरआईबी के स्नातक अनुसंधान सहायक और अध्ययन के पहले लेखक एलेक हेमेकर ने टीम के जर्नल में 25 नवंबर को प्रकाशित किया, “परमाणु सिद्धांतकारों और प्रयोगवादियों के बीच बातचीत एक एकीकृत नृत्य की तरह है।” प्रकृति भौतिकी। “हर तकनीक एक तरफ चलती है और दूसरे का अनुसरण करती है।”

“कभी-कभी सिद्धांत समय से पहले भविष्यवाणी करता है, और दूसरी बार प्रयोगों में ऐसी चीजें मिलती हैं जिनकी उम्मीद नहीं थी,” एफआरआईबी प्रयोगशाला के एक वरिष्ठ वैज्ञानिक रयान रिंगल ने कहा, जो ज़िरकोनियम -80 मास मेजरमेंट ग्रुप का हिस्सा है। रैंगल FRIB और MSU के कॉलेज ऑफ नेचुरल साइंसेज में भौतिकी और खगोल विज्ञान विभाग में भौतिकी के एसोसिएट प्रोफेसर भी हैं।

“वे एक दूसरे को धक्का देते हैं और इसके परिणामस्वरूप नाभिक की बेहतर समझ होती है, जो मूल रूप से वह सब कुछ बनाती है जिसके साथ हम बातचीत करते हैं,” उन्होंने कहा।

तो यह कहानी एक नाभिक से भी बड़ी है। एक तरह से, यह FRIB की शक्ति का पूर्वावलोकन है, एक परमाणु विज्ञान उपयोगकर्ता सुविधा जो अमेरिकी ऊर्जा विभाग के विज्ञान कार्यालय में परमाणु भौतिकी के कार्यालय द्वारा समर्थित है।

जब उपयोगकर्ता संचालन अगले साल शुरू होगा, तो दुनिया भर के परमाणु वैज्ञानिकों को दुर्लभ समस्थानिक बनाने के लिए FRIB की तकनीक के साथ काम करने का अवसर मिलेगा, जिसका कहीं और अध्ययन करना असंभव होगा। उन्हें उन अध्ययनों के परिणामों और उनके निहितार्थों को समझने के लिए FRIB विशेषज्ञों के साथ काम करने का अवसर भी मिलेगा। यह ज्ञान वैज्ञानिकों को ब्रह्मांड को बेहतर ढंग से समझने में मदद करने से लेकर कैंसर के उपचार में सुधार करने तक है।

“जैसा कि हम FRIB युग में आगे बढ़ते हैं, हम उतना ही माप सकते हैं जितना हमने यहां किया है और बहुत कुछ,” रिंगले ने कहा। “हम और आगे बढ़ सकते हैं। हमें दशकों तक सीखते रहने के लिए यहां पर्याप्त क्षमता है।”

उस ने कहा, ज़िरकोनियम -80 अपने आप में एक बहुत ही दिलचस्प नाभिक है।

शुरुआत के लिए, नाभिक का निर्माण कठिन है, लेकिन एक दुर्लभ नाभिक बनाना NSCL की विशेषता है। रिंगल, हैमकर और उनके सहयोगियों को अभूतपूर्व सटीकता के साथ इसके द्रव्यमान को निर्धारित करने में सक्षम बनाने के लिए सुविधा ने पर्याप्त जिरकोनियम -80 का उत्पादन किया। ऐसा करने के लिए, उन्होंने एनएससीएल की लो-एनर्जी-बीम और आयन ट्रैप (एलईबीआईटी) सुविधा में पेनिंग ट्रैप मास स्पेक्ट्रोमीटर के रूप में जाना जाता है।

“लोगों ने पहले इस सेट को मापा है, लेकिन इतना सटीक कभी नहीं,” हैमकर ने कहा। “और यह कुछ दिलचस्प भौतिकी का खुलासा करता है।”

“जब हम इस विशेष स्तर पर बड़े पैमाने पर माप करते हैं, तो हम वास्तव में लापता द्रव्यमान की मात्रा को माप रहे हैं,” रिंगले ने कहा। “नाभिक का बल केवल उसके प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान का योग नहीं है। एक लापता बल है जो स्वयं को उस ऊर्जा के रूप में प्रकट करता है जो नाभिक को एक साथ रखता है।”

यहीं पर विज्ञान के सबसे प्रसिद्ध समीकरणों में से एक चीजों को समझाने में मदद करता है। अल्बर्ट आइंस्टीन के E = mc . में2, ई ऊर्जा के लिए खड़ा है और एम द्रव्यमान के लिए खड़ा है (सी प्रकाश की गति का प्रतीक है)। इसका मतलब है कि बल और ऊर्जा समान हैं, हालांकि यह केवल चरम परिस्थितियों में ही ध्यान देने योग्य हो जाता है, जैसे कि परमाणु के मूल में पाए जाने वाले।

जब नाभिक में अधिक बाध्यकारी ऊर्जा होती है यानी, यह अपने प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को अधिक मजबूत रखता है-इसमें अधिक लापता बल होगा। यह जिरकोनियम-80 स्थिति को समझाने में मदद करता है। इसका केंद्रक कसकर बंधा हुआ है, और इस नए उपाय से पता चलता है कि बंधन अपेक्षा से अधिक मजबूत था।

इसका मतलब यह था कि FRIB के सिद्धांतकारों को एक स्पष्टीकरण खोजना पड़ा और उन्होंने प्रतिक्रिया देने के लिए दशकों पहले की भविष्यवाणियों की ओर रुख किया। उदाहरण के लिए, सिद्धांतकारों को संदेह था कि जिरकोनियम -80 नाभिक जादू हो सकता है।

अक्सर, एक विशेष नाभिक एक विशेष संख्या में प्रोटॉन या न्यूट्रॉन होने से अपनी सामूहिक अपेक्षाओं को पूरा करता है। भौतिक विज्ञानी इन्हें जादुई संख्या के रूप में संदर्भित करते हैं। थ्योरी से पता चला कि ज़िरकोनियम -80 में विशेष संख्या में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, जो इसे दोगुना जादुई बनाता है।

पिछले प्रयोगों से पता चला है कि ज़िरकोनियम -80 एक गोले की तुलना में रग्बी बॉल या अमेरिकी फुटबॉल के आकार का अधिक होता है। सिद्धांतकारों ने भविष्यवाणी की कि आकार इस दोहरे जादू को जन्म दे सकता है। ज़िरकोनियम -80 के द्रव्यमान के अब तक के सबसे सटीक माप के साथ, वैज्ञानिक इन विचारों को ठोस डेटा के साथ समर्थन कर सकते हैं।

“सिद्धांतकारों ने भविष्यवाणी की थी कि ज़िरकोनियम -80 में 30 साल पहले एक डबल-जादुई नाभिक विकृत था,” हेमकर ने कहा। “नृत्य सीखने और सिद्धांतकारों के लिए साक्ष्य प्रदान करने में प्रयोगवादियों को कुछ समय लगा। अब जब सबूत हैं, तो सिद्धांतकार नृत्य में अगले कुछ चरणों पर काम कर सकते हैं।”

तो नृत्य जारी है और, रूपक का विस्तार करने के लिए, एनएससीएल, एफआरआईबी, और एमएसयू इसे खेलने के लिए सबसे अच्छे बॉलरूम में से एक की पेशकश करते हैं। इसमें एक तरह की अनूठी सुविधा, विशेषज्ञ कर्मचारी और देश के शीर्ष क्रम के परमाणु भौतिकी स्नातक कार्यक्रम हैं।

“मैं परमाणु विज्ञान में प्रमुख विषयों पर राष्ट्रीय उपयोगकर्ता सुविधा में ऑनसाइट काम करने में सक्षम हूं,” हेमेकर ने कहा। “इस अनुभव ने मुझे प्रयोगशाला के कई कर्मचारियों और शोधकर्ताओं से संबंध विकसित करने और सीखने की अनुमति दी है। विज्ञान और प्रयोगशाला में दुनिया की अग्रणी सुविधाओं और उपकरणों के प्रति समर्पण के कारण यह परियोजना सफल रही।”


यह सीखना कि केन्द्रक कैसे टिक करता है


और जानकारी:
एलेक हैमर, हल्के स्व-समग्र नाभिक 80Zr का सटीक द्रव्यमान माप, प्रकृति भौतिकी (2021)। डीओआई: 10.1038 / s41567-021-01395-w. www.nature.com/articles/s41567-021-01395-w

मिशिगन स्टेट यूनिवर्सिटी द्वारा प्रदान किया गया

उल्लेख: डबल मैजिकल डिस्कवरी (2021, 25 नवंबर) 26 नवंबर, 2021 को https://phys.org/news/2021-11-doubly-magic-discovery.html से लिया गया।

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