โดย Benเว็บสล็อต Turner เผยแพร่เมื่อ 24 พฤษภาคม 2021ผิวนิวตรอนเป็นสิ่งที่ช่วยให้ดาวนิวตรอนจากการระเบิดเป็นหลุมดําภาพประกอบ 3 มิติของดาวนิวตรอนในเนบิวลาก๊าซ (เครดิตภาพ: Shutterstock)
นักฟิสิกส์ได้วัดผิวบางด้วยกล้องจุลทรรศน์ของนิวตรอนล้อมรอบด้านในของอะตอมของตะกั่วเป็นครั้งแรกพบว่ามันหนากว่าที่คาดไว้ การค้นพบนี้สามารถช่วยคลี่คลายความลึกลับบางอย่างของดาวนิวตรอน – ศพตัวเอกอัลตร้าเดนส์ที่สําลักที่เต็มไปด้วยนิวตรอน ผิวของอะตอมเป็นสิ่งที่แปลกที่จะจินตนาการ ภาพที่นิยมของนิวเคลียสอะตอมมีแนวโน้มที่จะแสดงให้เห็นถึงโปรตอนและนิวตรอนที่ถูกบรรจุเข้าด้วยกันแบบ
สุ่มภายในทรงกลม – เช่นลูกหมากฝรั่งในตู้แก้วแบบเก่า แต่ในความเป็นจริงองค์ประกอบที่หนักกว่า
มักจะกระจายบล็อกอาคารของพวกเขาไม่สม่ําเสมอมากขึ้นโดยมีนิวตรอนบางตัวเขยิบออกไปด้านนอกเพื่อสร้าง “ผิว” บาง ๆ ที่ล้อมรอบแกนกลางของนิวตรอนผสมและโปรตอน ที่เกี่ยวข้อง: 8 วิธีที่คุณสามารถดูทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ในชีวิตจริง”โปรตอนในนิวเคลียสตะกั่วอยู่ในทรงกลมและเราพบว่านิวตรอนอยู่ในทรงกลมที่ใหญ่กว่ารอบตัวพวกเขาและเราเรียกมันว่าผิวหนังนิวตรอน” เนื่องจากผิวถูกสร้างขึ้นโดยความหนาแน่นที่แท้จริงของโปรตอนภายในและนิวตรอนที่กดลงบนนิวตรอนที่เหลือการวัดผิวนิวตรอนเป็นวิธีที่สะดวกในการวัดความหนาแน่นของนิวเคลียสทั้งหมด ในการทําเช่นนี้นักวิจัยตั้งเกี่ยวกับการวัดความแตกต่างของขนาดระหว่างทรงกลม “ด้านใน” และ “ด้านนอก” ของตะกั่ว 208 ซึ่งเป็นไอโซโทปของตะกั่วที่มีนิวตรอน 126 ตัวและโปรตอน 82 ตัว
การค้นหาขนาดของทรงกลมด้านในนั้นค่อนข้างง่ายและเคยทํามาก่อน Paschke และทีมของเขายิงอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าที่โปรตอนที่มีประจุบวกในใจกลางของอะตอมจากนั้นวัดว่าอนุภาคที่มีประจุกระเด้งออกจากโปรตอนอย่างไร อย่างไรก็ตามนิวตรอนของทรงกลมด้านนอกไม่มีค่าใช้จ่าย ซึ่งหมายความว่าจําเป็นต้องใช้วิธีการที่แตกต่างกันในการวัดความหนาแน่นของพวกเขา – หนึ่งโดยใช้โมเมนตัมเชิงมุมของอิเล็กตรอนที่กระจัดกระจาย
โดยการยิงลําแสงที่ควบคุมอย่างแม่นยําของอิเล็กตรอนลงในแผ่นบาง ๆ ของไอโซโทปตะกั่วเย็นลงถึงอุณหภูมิแช่แข็งเพื่อให้นิวเคลียสเป็นเป้าหมายที่อยู่กับที่นักวิจัยวัดวิธีที่แตกต่างที่อิเล็กตรอนที่มีโมเมนตัมเชิงมุมเฉพาะถูกเบี่ยงเบนหลังจากทําปฏิกิริยากับนิวตรอน เนื่องจากอิเล็กตรอนถูกเบี่ยงเบนบ่อยขึ้นในทิศทางเดียวเมื่อมีโมเมนตัมเชิงมุมบางอย่างนักวิจัยสามารถใช้อิเล็กตรอนที่โก่งตัวเพื่อสร้างภาพความหนาของผิวหนังนิวตรอน พวกเขาพบว่ามันประมาณ 0.28 ล้านล้านล้านของมิลลิเมตรหนา, สิบพันล้านครั้งทินกว่าเซลล์เม็ดเลือดแดง. นี่หนากว่านักฟิสิกส์เล็กน้อย ที่คิดไว้ก่อนว่ามันจะเป็น
”นี่เป็นข้อสังเกตโดยตรงที่สุดของผิวหนังนิวตรอน เรากําลังค้นหาสิ่งที่เราเรียกว่าสมการที่แข็งของรัฐ –
สูงกว่าความดันที่คาดไว้เพื่อให้ยากที่จะบีบนิวตรอนเหล่านี้ลงในนิวเคลียส” Paschke กล่าว สมการของรัฐคือสมการที่อธิบายสถานะของสสารภายใต้ชุดของเงื่อนไขที่กําหนด “ดังนั้น เราจึงพบว่าความหนาแน่นภายในนิวเคลียสต่ํากว่าที่คาดไว้เล็กน้อย”การรู้ความหนาของผิวนี้ไม่เพียง แต่มีความสําคัญต่อการทําความเข้าใจคุณสมบัติของอะตอม แต่ยังเพื่อทําความเข้าใจดาวนิวตรอน – เศษดาวอุลตร้าเดนเซ่ของดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นหลังจากการระเบิดของดาวฤกษ์ขนาดใหญ่หรือซูเปอร์โนวา เมื่อดาวนิวตรอนประกอบด้วยนิวตรอน 90% การทําความเข้าใจว่านิวตรอนโครงสร้างตัวเองภายในอะตอมจะหลั่งแสงบนขีด จํากัด ที่พวกเขาวางไว้ในขนาดของเศษดาวฤกษ์ลึกลับเหล่านี้ – และผิวนิวตรอนดูเหมือนจะหยุดแรงโน้มถ่วงจากการบีบพวกเขาจนกว่าพวกเขาจะกลายเป็นหลุมดํา
ในฐานะที่เป็นตะกั่วเป็นหนึ่งในวัสดุที่หนาแน่นที่สุดที่พบบนโลกความหนาแน่นของผิวนิวตรอนของพวกเขาทําให้จุดที่ยอดเยี่ยมของการเปรียบเทียบกับดาวนิวตรอนหนาแน่นอย่างไม่น่าเชื่อ ทีมนักวิจัยทีมที่สองซึ่งทํางานอยู่ด้านหลังของการศึกษาของทีมแรกในการเป็นผู้นําสามารถอัปเดตการประมาณการก่อนหน้านี้ของรัศมีของดาวนิวตรอนจากสูงสุด 7.5 ไมล์ (12 กิโลเมตร) สูงสุด 8.9 ไมล์ (14.25 กม.)
”ไม่มีการทดลองใดที่เราสามารถดําเนินการในห้องปฏิบัติการที่สามารถตรวจสอบโครงสร้างของดาวนิวตรอนได้” Jorge Piekarewicz ผู้เขียนร่วมของการศึกษาครั้งที่สองและนักฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยรัฐ
ฟลอริดากล่าวในแถลงการณ์ “ดาวนิวตรอนเป็นวัตถุที่แปลกใหม่ที่เราไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่ในห้องปฏิบัติการได้ ดังนั้นสิ่งที่สามารถทําได้ในห้องปฏิบัติการเพื่อ จํากัด หรือแจ้งให้เราทราบเกี่ยวกับคุณสมบัติของดาวนิวตรอนมีประโยชน์มาก”แม้จะมีลักษณะเบื้องต้นของผลลัพธ์เหล่านี้ Piekarewicz เป็นบวกว่าพวกเขาจะถูกใช้ควบคู่ไปกับผลลัพธ์ในอนาคตเพื่อปลดล็อกธรรมชาติลึกลับของดาวนิวตรอนต่อไป”มันผลักดันพรมแดนของความรู้”Piekarewicz กล่าวว่า “เราทุกคนอยากรู้ว่าเรามาจากไหน จักรวาลนี้เกิดจากอะไร และชะตากรรมสูงสุดของจักรวาลคืออะไร”ทีมแรกและทีมที่สองทั้งสองตีพิมพ์ผลการวิจัยของพวกเขา 27 เมษายนในวารสารจดหมายตรวจสอบทางกายภาพ
ตีพิมพ์ครั้งแรกในวิทยาศาสตร์สดเว็บสล็อต
