فیزیکدانان بلافاصله پس از انفجار بزرگ واکنش هسته ای را تعیین می کنند


در تنهایی یک آزمایشگاه که در زیر کوهی در ایتالیا مدفون شده است ، فیزیکدانان یک واکنش هسته ای را که بین دو تا سه دقیقه پس از انفجار بزرگ رخ داده بود ، بازیابی کردند.

داستان اصلی ، چاپ مجدد با اجازه از مجله کوانتا، یک نشریه مستقل تحریریه بنیاد سیمونز ، که مأموریت آن بهبود درک عمومی از علم با تأمل در تحولات تحقیق و روندهای ریاضیات و علوم فیزیکی و زندگی است.

اندازه گیری آنها از میزان واکنش ، منتشر شده در 11 نوامبر در طبیعت، عدم اطمینان ترین عامل را در مجموعه ای از مراحل معروف به هسته بزرگ انفجار که اولین هسته های اتمی جهان را جعل می کند ، پرچ می کند.

به گفته رایان کوک ، فیزیکدان فیزیک نجومی در دانشگاه دورهام انگلیس که در این ماجرا دست نداشته است ، محققان برای رسیدن به نتیجه “بالاتر از ماه” هستند. وی گفت: افراد زیادی علاقه مند به فیزیک ذرات ، فیزیک هسته ای ، کیهان شناسی و نجوم خواهند بود.

این واکنش شامل دوتریم ، نوعی هیدروژن متشکل از یک پروتون و یک نوترون است که در سه دقیقه اول فضا ادغام می شود. بیشتر دوتریم سریعاً به عناصر سنگین تر و پایدارتر مانند هلیوم و لیتیوم ادغام می شود. اما برخی تا امروز زنده مانده اند. برایان فیلدز ، فیزیکدان فیزیک نجومی در دانشگاه ایلینوی در اوربانا-شامپاین گفت: “شما در بدن خود چند گرم دوتریم دارید که از انفجار بزرگ ناشی می شود.”

مقدار دقیق دوتریم باقی مانده جزئیات اصلی مربوط به این دقایق اولیه را نشان می دهد ، از جمله چگالی پروتون ها و نوترون ها و سرعت جدا شدن آنها با انبساط کیهانی. کارلو گوستاوینو ، اخترفیزیکدان هسته ای در انستیتوی ملی فیزیک هسته ای ایتالیا ، گفت: دوتریوم “فوق العاده شاهد خاص آن دوران” است.

اما فیزیکدانان می توانند این اطلاعات را استنباط کنند تنها درصورتی که بدانند دوتریم با پروتون چه جوش می خورد و ایزوتوپ هلیوم -3 را تشکیل می دهد. این سرعتی است که اندازه گیری جدید آزمایشگاه اخترفیزیک هسته ای زیرزمینی (LUNA) تأیید کرده است.

اولین کاوشگر در جهان

ایجاد دوتریم اولین گام در نوکلئوسنتز انفجار بزرگ است ، دنباله ای از واکنش های هسته ای که وقتی فضا یک سوپ فوق العاده داغ اما سریع خنک کننده پروتون و نوترون است ، رخ می دهد.

از دهه 1940 ، فیزیكدانان هسته ای یك سری معادلات به هم پیوسته را ارائه دادند كه شرح می دهد چگونه ایزوتوپهای مختلف هیدروژن ، هلیم و لیتیوم به عنوان هسته هایی جمع می شوند كه پروتون ها و نوترون ها را ذوب می كنند و جذب می كنند. (عناصر سنگین تر بسیار دیرتر در داخل ستاره ها جعل شدند.) از آن زمان ، محققان با تولید مثل واکنش های هسته ای اولیه در آزمایشگاه ها ، بسیاری از جنبه های معادلات را آزمایش کردند.

آنها از این طریق به اکتشافات بنیادی دست یافتند. محاسبات برخی از اولین شواهد مربوط به ماده تاریک را در دهه 1970 ارائه می دهد. نوکلئوسنتز بیگ بنگ همچنین به فیزیکدانان اجازه داد تعداد انواع مختلف نوترینو را که به انبساط کیهانی کمک می کند ، پیش بینی کنند.

اما برای نزدیک به یک دهه ، عدم اطمینان در مورد احتمال جذب پروتون توسط دوتریم و تبدیل شدن آن به هلیم -3 ، تصویر اولین دقایق جهان را کدر کرده است. مهمتر از همه ، عدم اطمینان مانع از مقایسه این تصویر توسط فیزیكدانان با آنچه كیهان به نظر می رسید 380000 سال بعد ، هنگامی كه جهان به اندازه كافی برای مدار شدن هسته ها از طریق الکترون ها خنك شد ، شد. این فرآیند تابشی به نام زمینه مایکروویو کیهانی را آزاد می کند که تصویری از جهان در آن زمان فراهم می کند.

کیهان شناسان می خواهند بر اساس مدل های تکامل کیهانی خود بررسی کنند که آیا تراکم فضا از دوره ای به دوره دیگر مطابق انتظار تغییر کرده است یا خیر. کوک گفت ، اگر این دو عکس موافق نباشند ، “درک آن واقعاً نکته مهمی خواهد بود”. در این خلاoid می توان راه حلهایی برای مشکلات کیهانی سرسختانه پایدار – مانند ماهیت ماده تاریک و همچنین اولین نشانه های ذرات جدید عجیب و غریب – پیدا کرد. کوک گفت: “اتفاقات زیادی می تواند بین یک یا دو دقیقه پس از انفجار بزرگ و چند صد هزار سال پس از انفجار بزرگ رخ دهد.”

اما اندازه گیری مهمترین میزان پاسخ دوتریوم که به محققان امکان می دهد این نوع مقایسه ها را انجام دهند بسیار دشوار است. فیلدز گفت: “شما در آزمایشگاه به صورت کنترل شده انفجار بزرگ را شبیه سازی می کنید.”

آخرین بار فیزیکدانان تلاش کردند این اندازه گیری را انجام دهند. از آن زمان ، مشاهدات پس زمینه مایکروویو کیهانی به طور فزاینده ای دقیق تر شده است ، و فیزیکدانانی را که در حال مطالعه هسته هسته ای انفجار بزرگ هستند ، تحت فشار قرار می دهند تا با این دقت مطابقت داشته باشد – و بنابراین اجازه مقایسه دو دوره را می دهد. .

در سال 2014 ، کوک و همكارانش با مشاهده ابرهای گاز دوردست فراوانی دوتریم را در جهان اندازه گیری كردند. اما برای تبدیل این فراوانی به پیش بینی دقیق چگالی ماده اولیه ، آنها به اندازه گیری بسیار بهتری از میزان واکنش دوتریوم نیاز داشتند.


منبع: sadeh-news.ir

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>