برهمکنش های نوکلئونی:کلید انتقال فاز کوانتومی

6

دانشمندان به تازگی در پژوهشی که به رهبری دانشگاه کارولینای شمالی انجام شد، روش های جدیدی برای چسبیدن پروتون و نوترون ها به یکدیگر و حتی انتقال فاز کوانتومی آنها کشف کردند. این پژوهش که به درک ارتباط برهمکنش و ساختار هسته ای طبیعت، بسیار کمک می کند، دو روز پیش در ژورنال معتبر Physical Review Letters منتشر شد. با دیپ لوک همراه باشید…

محققان به شکل گیری هسته ها توسط پروتون و نوترون ها، بسیار علاقمندند. در واقع پروتون ها و نوترون ها (یا همان نوکلئون ها)، واحدهای ساختمانی بنیادین کائنات هستند که در کنار یکدیگر، هسته هایی مانند هیلوم ۴ یا ذرات آلفا را می سازند. هسته هایی که نقشی اساسی در سنتز کربن و اکسیژن در ستاره ها ایفا می کنند. پروتون ها و نوترون ها می توانند هر یک از اسپین های بالا یا پایین را داشته باشند. در نتیجه ۴ نوکلئون در اختیار خواهیم داشت (پروتون اسپین بالا و اسپین پایین+نوترون اسپین بالا و پایین). این چهار نوکلئون می توانند بایکدیگر ترکیب شوند و هسته های متنوعی را بسازند. هسته ی هلیوم ۴، یک گونه ی ویژه است، زیرا متشکل از هر چهار نوع نوکلئون است. (توجه کنید که طبق اصل طرد پائولی، دو نوکلئون با نوع و اسپین یکسان نمی توانند حالت یکسانی را اشغال کنند)

دانشمندان با انجام شبیه سازی کوانتومی مونت کارلو، برهمکنش پروتون ها و نوترون ها و چگونگی تشکیل هسته ها توسط آنها را پیش بینی کردند. آنها روی نوع برهمکنش میان نوکلئون ها، تمرکز کردند. محققان به ویژه به دو نوع برهمکنش توجه کردند: برهمکنش های موضعی که مکان ذرات، نسبت به دیگری، تغییر نمی کند و برهمکنش های غیرموضعی که مکان ذرات نسبت به ذره ی دیگر، تغیر می کند.

دانشمندان، هسته ی متشکل از ۲۰ نوکلئون که توسط برهمکنش های موضعی و ناموضعی تشکیل شده بودند را شبیه سازی کردند. آنها فقط قصد داشتند تا عملیات شبیه سازی و محاسبات را بهینه تر کنند، اما ماجرا به اینجا ختم نشد، چرا که آنها حقایق جالب تری کشف کردند. دانشمندان برخلاف انتظارشان، یک انتقال فاز کوانتومی را پیدا کردند.

اجازه دهید انتقال فاز کوانتومی را کمی توضیح دهیم: عبارت انتقال فاز به معنای کلاسیکی آن را می توان به ساده ترین زبان، همان تغییر حالت معرفی کرد. مثلا یخ زدن آبی که در فریزر قرار می دهیم، یک انتقال فاز به حساب می آید. در این فرآیند، آب از حالت مایع به حالت جامد تبدیل شده است. حالا اگر این انتقال فاز در دمای صفر مطلق یا صفر کلوین (۲۷۳٫۱۵- درجه ی سانتیگراد) اتفاق بیفتد، به آن انتقال فاز کوانتومی می گوییم. در لحظه ی انتقال، ماده در هر دو حالت خود وجود دارد و  افت و خیزهای کوانتومی نیز بین این دو حالت وجود خواهد داشت.

به داستان اصلی این مقاله بازمی گردیم: زمانیکه دانشمندان دو هسته ی هلیوم ۴ یا ذرات آلفا را با استفاده از برهمکنش های موضعی نوکلئون ها، در کنار یکدیگر قرار دادند، آنها به یکدیگر چسبیدند، اما برخلاف انتظار، اینکار را به وسیله ی برهمکنش های ناموضعی انجام نداند. برهمکنش میان ذرات آلفا در دمای صفر مطلق تعیین می کند که آیا با یک گاز بوز خواهیم داشت یا با یک مایع هسته ای. در واقع برهمکنش ذرات آلفا به قدرت و موضعیت برهمکنش نوکلئون ها، بستگی دارند. از این پژوهش می توان نتیجه گرفت که طبیعت به یک ناپایداری نزدیک است که دانشمندان قبلا آن را ندیده بودند. اگر یک پارامتر کوچک را در دنیای میکروسکوپی تغییر دهیم، باید منتظر یک تغییر بزرگ در دنیای ماکروسکوپی باشیم!

دانلود مقاله ی اصلی به صورت PDF

زاده ی اردیبهشت ۶۹ و دانشجوی دکترای شیمی کوانتوم محاسباتی در دانشگاه شهید بهشتی است.او علاقمند به دنیای کوانتوم، تکنولوژی، فوتبال و موسیقی (رپ/راک) بوده و علاوه بر سردبیری دیپ لوک، به طراحی وب و نویسندگی در گجت نیوز، بیگ تم و ماهنامه GB جی اس ام مشغول است.

گفتگو۶ دیدگاه

ارسال نظر


*