Atom çekirdekleri ders kitaplarında genellikle yuvarlak olarak tasvir edilir, ancak aslında küresel oldukları pek görülmez.
Atom çekirdeği ilk olarak 1911 yılında ortaya atıldığından beri , fizikçiler onun yuvarlak olduğunu varsaydılar.
Peki atomların çekirdekleri gerçekten yuvarlak mıdır? Sezgisel olarak bu şekil mantıklıdır ve fizikçiler bunun nükleer özelliklerin erken ölçümlerini uygun bir şekilde açıkladığına inanıyorlardı. Daha karmaşık bir resmin ilk kanıtı ancak yıllar sonra ortaya çıkmaya başladı.
Öncelikle atomun mimarisini inceleyelim. Bir atomun merkezindeki proton ve nötron kümesinden oluşan çekirdek, Birleşik Krallık'taki York Üniversitesi'nde nükleer fizikçi olan David Jenkins'in söylediğine göre , "bir katedraldeki sinek gibi", atomun bütününden 10.000 kat daha küçüktür. Bir atomun kütlesinin ezici çoğunluğunu içermesine rağmen, çekirdeğin kendisi ilk bakışta atomun özellikleri üzerinde çok az etkiye sahiptir. Bir atomun kimyası elektron konfigürasyonu tarafından belirlenirken, herhangi bir fiziksel özellik diğer atomlarla nasıl etkileşime girdiğinden kaynaklanır.
Atom fiziğindeki elektron kabukları fikrine paralel olarak, 1949 yılında bilim insanları nükleer kabuk modelini ortaya attılar : protonlar ve nötronlar ayrı nükleer kabuklarda yer alır ve ek enerji girişi bu parçacıkların sabit enerji seviyeleri arasında yukarı aşağı sıçramasını sağlayabilir.
"Ancak daha sonra çekirdeklerdeki davranışın çoğunun kolektif davranış dediğiniz şeyle tanımlandığı ortaya çıktı - tek bir tutarlı nesne gibi davranıyor," dedi Jenkins Live Science'a. Sonuç olarak çekirdek bir bütün olarak iki tür özellik gösterebilir: Dönebilir veya titreşebilir.
Spektroskopik yöntemler çoğu molekülde bu dönüşü tespit edebilir ve farklı dönme enerjisi seviyelerinin parmak izini ölçebilir. Ancak küresel nesneler hangi yöne çevrilirse çevrilsin aynı görünür, bu nedenle simetrik sistemler — atomlar gibi — bir spektrum oluşturmaz.
"Çekirdeklerde dönmeye dair kanıt görebilmenin tek yolu çekirdeğin deforme olmasıdır," diye açıkladı Jenkins. "Ve insanlar çekirdeğin dönme bantları olarak bilinen uyarılma desenlerine sahip olduğunu gördüler, bu da çekirdeğin deforme olduğunu gösteriyordu."
1950'lerdeki bu şaşırtıcı keşiften bu yana, hedefli deneyler armuttan M&M'lere kadar bir dizi nükleer şekil ortaya çıkardı ve yuvarlak büyük ölçüde istisnadır, kural değildir. Çekirdeklerin yaklaşık %90'ı en düşük enerji durumlarında bir Amerikan futbolu gibi şekillenmiştir - teknik olarak "prolat deformasyonlu" olarak adlandırılır - ve şaşırtıcı derecede azı zıt ezilmiş küre, M&M benzeri şekli alır, oblat deformasyonlu olarak adlandırılır.
Jenkins, "Bu prolat şeklinin oblat şekilden neden daha elverişli göründüğünü bilmiyoruz," dedi. "Bazı çekirdeklerin ayrıca birden fazla şekli vardır, böylece temel durumda bir şekil sergileyebilirler ve sonra onlara biraz enerji verdiğinizde başka bir şekle dönüşürler."
Daha egzotik armut biçimli çekirdek, nükleer çizelgenin belirli alanlarıyla, özellikle radyumun etrafında, sınırlıdır; küresel çekirdekler ise genellikle nükleer parçacıkların "sihirli" sayılarına (veya tam kabuklarına) sahip atomlarla sınırlıdır. Peki deformasyona ne sebep olur?
İngiltere'deki Surrey Üniversitesi'nde nükleer fizikçi olan Paul Stevenson , "Uyarılmayan, sallanmayan veya gerilmeyen bir nesnenin temel şeklinin küresel olması sezgisel olarak hissedilir," diyor. "Ama aslında çekirdekler söz konusu olduğunda, bunların herhangi birinin küresel olması şaşırtıcıdır, çünkü kuantum mekaniğinin yasalarına uyarlar."
Kuantum mekaniğindeki en temel ilkelerden biri olan Schrödinger denklemi , bir nesnenin dalga fonksiyonunun zaman içinde nasıl değişeceğini matematiksel olarak öngörür ve esasen o nesnenin olası hareketini ve konumunu tahmin etmek için bir araç sağlar. Bu nedenle bunu bir atom çekirdeği için çözmek, olabileceği tüm olası yerler için bir olasılık bulutu sağlar ve bunlar bir araya getirildiğinde nükleer şekli verir.
"Schrödinger denkleminin temel çözümleri küresel görünmüyor - bir daire içinde giden bu şekilleri elde ediyorsunuz, ancak daha sonra dalgalanmaya başlıyorlar," diye açıklıyor Stevenson. "Bu nedenle, bu kuantum dalga fonksiyonu çözümlerinin kendileri asimetriye sahip olduğundan, çekirdekteki parçacıkların tek bir yöne işaret etme olasılığı daha yüksektir."
Nadir küresel çekirdekler için bu dalgalanma sadece birbirini iptal eder. Ancak bilim insanları henüz bu deforme olmuş şekillerden bazılarının diğerlerinden çok daha yaygın olmasının nedenini -ya da bir nedeni olup olmadığını- anlamış değiller.
"Bu bir mirası devirmektir," dedi Jenkins. "İnsanların çekirdekleri başlangıçta nasıl algıladıklarının tam tersi ve hala çok sayıda açık soru var."
Atom çekirdeği ilk olarak 1911 yılında ortaya atıldığından beri , fizikçiler onun yuvarlak olduğunu varsaydılar.
Peki atomların çekirdekleri gerçekten yuvarlak mıdır? Sezgisel olarak bu şekil mantıklıdır ve fizikçiler bunun nükleer özelliklerin erken ölçümlerini uygun bir şekilde açıkladığına inanıyorlardı. Daha karmaşık bir resmin ilk kanıtı ancak yıllar sonra ortaya çıkmaya başladı.
Öncelikle atomun mimarisini inceleyelim. Bir atomun merkezindeki proton ve nötron kümesinden oluşan çekirdek, Birleşik Krallık'taki York Üniversitesi'nde nükleer fizikçi olan David Jenkins'in söylediğine göre , "bir katedraldeki sinek gibi", atomun bütününden 10.000 kat daha küçüktür. Bir atomun kütlesinin ezici çoğunluğunu içermesine rağmen, çekirdeğin kendisi ilk bakışta atomun özellikleri üzerinde çok az etkiye sahiptir. Bir atomun kimyası elektron konfigürasyonu tarafından belirlenirken, herhangi bir fiziksel özellik diğer atomlarla nasıl etkileşime girdiğinden kaynaklanır.
Atom fiziğindeki elektron kabukları fikrine paralel olarak, 1949 yılında bilim insanları nükleer kabuk modelini ortaya attılar : protonlar ve nötronlar ayrı nükleer kabuklarda yer alır ve ek enerji girişi bu parçacıkların sabit enerji seviyeleri arasında yukarı aşağı sıçramasını sağlayabilir.
"Ancak daha sonra çekirdeklerdeki davranışın çoğunun kolektif davranış dediğiniz şeyle tanımlandığı ortaya çıktı - tek bir tutarlı nesne gibi davranıyor," dedi Jenkins Live Science'a. Sonuç olarak çekirdek bir bütün olarak iki tür özellik gösterebilir: Dönebilir veya titreşebilir.
Spektroskopik yöntemler çoğu molekülde bu dönüşü tespit edebilir ve farklı dönme enerjisi seviyelerinin parmak izini ölçebilir. Ancak küresel nesneler hangi yöne çevrilirse çevrilsin aynı görünür, bu nedenle simetrik sistemler — atomlar gibi — bir spektrum oluşturmaz.
"Çekirdeklerde dönmeye dair kanıt görebilmenin tek yolu çekirdeğin deforme olmasıdır," diye açıkladı Jenkins. "Ve insanlar çekirdeğin dönme bantları olarak bilinen uyarılma desenlerine sahip olduğunu gördüler, bu da çekirdeğin deforme olduğunu gösteriyordu."
1950'lerdeki bu şaşırtıcı keşiften bu yana, hedefli deneyler armuttan M&M'lere kadar bir dizi nükleer şekil ortaya çıkardı ve yuvarlak büyük ölçüde istisnadır, kural değildir. Çekirdeklerin yaklaşık %90'ı en düşük enerji durumlarında bir Amerikan futbolu gibi şekillenmiştir - teknik olarak "prolat deformasyonlu" olarak adlandırılır - ve şaşırtıcı derecede azı zıt ezilmiş küre, M&M benzeri şekli alır, oblat deformasyonlu olarak adlandırılır.
Jenkins, "Bu prolat şeklinin oblat şekilden neden daha elverişli göründüğünü bilmiyoruz," dedi. "Bazı çekirdeklerin ayrıca birden fazla şekli vardır, böylece temel durumda bir şekil sergileyebilirler ve sonra onlara biraz enerji verdiğinizde başka bir şekle dönüşürler."
Daha egzotik armut biçimli çekirdek, nükleer çizelgenin belirli alanlarıyla, özellikle radyumun etrafında, sınırlıdır; küresel çekirdekler ise genellikle nükleer parçacıkların "sihirli" sayılarına (veya tam kabuklarına) sahip atomlarla sınırlıdır. Peki deformasyona ne sebep olur?
İngiltere'deki Surrey Üniversitesi'nde nükleer fizikçi olan Paul Stevenson , "Uyarılmayan, sallanmayan veya gerilmeyen bir nesnenin temel şeklinin küresel olması sezgisel olarak hissedilir," diyor. "Ama aslında çekirdekler söz konusu olduğunda, bunların herhangi birinin küresel olması şaşırtıcıdır, çünkü kuantum mekaniğinin yasalarına uyarlar."
Kuantum mekaniğindeki en temel ilkelerden biri olan Schrödinger denklemi , bir nesnenin dalga fonksiyonunun zaman içinde nasıl değişeceğini matematiksel olarak öngörür ve esasen o nesnenin olası hareketini ve konumunu tahmin etmek için bir araç sağlar. Bu nedenle bunu bir atom çekirdeği için çözmek, olabileceği tüm olası yerler için bir olasılık bulutu sağlar ve bunlar bir araya getirildiğinde nükleer şekli verir.
"Schrödinger denkleminin temel çözümleri küresel görünmüyor - bir daire içinde giden bu şekilleri elde ediyorsunuz, ancak daha sonra dalgalanmaya başlıyorlar," diye açıklıyor Stevenson. "Bu nedenle, bu kuantum dalga fonksiyonu çözümlerinin kendileri asimetriye sahip olduğundan, çekirdekteki parçacıkların tek bir yöne işaret etme olasılığı daha yüksektir."
Nadir küresel çekirdekler için bu dalgalanma sadece birbirini iptal eder. Ancak bilim insanları henüz bu deforme olmuş şekillerden bazılarının diğerlerinden çok daha yaygın olmasının nedenini -ya da bir nedeni olup olmadığını- anlamış değiller.
"Bu bir mirası devirmektir," dedi Jenkins. "İnsanların çekirdekleri başlangıçta nasıl algıladıklarının tam tersi ve hala çok sayıda açık soru var."
