अमेरिकी ऊर्जा विभाग (डीओई) आर्गोन नेशनल लेबोरेटरी के एक नए उपकरण ने अस्थिर रूथेनियम नाभिक का बेहद सटीक माप किया है। माप परमाणु भौतिकी में एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर हैं क्योंकि वे परिष्कृत परमाणु मॉडल द्वारा की गई भविष्यवाणियों से निकटता से मेल खाते हैं।
आर्गन के सहायक भौतिक विज्ञानी और अध्ययन के प्रमुख लेखक बर्नहार्ड मास ने कहा, "सैद्धांतिक मॉडल के लिए जटिल, अस्थिर नाभिक के गुणों की भविष्यवाणी करना बहुत मुश्किल है।" "हमने प्रदर्शित किया है कि उन्नत मॉडलों का एक वर्ग इसे सटीकता से कर सकता है। हमारे परिणाम मॉडलों को मान्य करने में मदद करते हैं।"
मॉडलों को मान्य करने से खगोलभौतिकी प्रक्रियाओं के बारे में उनकी भविष्यवाणियों में विश्वास पैदा हो सकता है। इनमें तारों का निर्माण, विकास और विस्फोट शामिल हैं जहां तत्वों का निर्माण होता है।
अध्ययन में प्रकाशित किया गया थाभौतिक समीक्षा पत्र.
सैद्धांतिक मॉडलों को मान्य करने की आवश्यकता
परमाणु भौतिक विज्ञानी जटिल संरचनाओं, आकारों और बलों के साथ अस्थिर परमाणु नाभिक के गुणों की सटीक भविष्यवाणी करने के लिए अधिक उन्नत सैद्धांतिक मॉडल विकसित कर रहे हैं। ऐसे मॉडलों में परमाणु नाभिक की आंतरिक कार्यप्रणाली के बारे में हमारी समझ को गहरा करने की क्षमता है।
हालाँकि, विज्ञान की सीमाओं को आगे बढ़ाने के लिए इन मॉडलों का उपयोग करने से पहले उनकी सटीकता को प्रदर्शित करना आवश्यक है। इसके लिए जटिल नाभिकों के सटीक, वास्तविक -विश्व माप एकत्र करने और मॉडलों की भविष्यवाणियों के साथ मापों की तुलना करने के कठिन कार्य की आवश्यकता होती है।
रूथेनियम उन्नत सैद्धांतिक मॉडल को मान्य करने के लिए एक आदर्श तत्व है। इस दुर्लभ धातु में अलग-अलग संख्या में न्यूट्रॉन और अलग-अलग स्थिरता वाले एक ही तत्व के आइसोटोप {{1}परमाणु होते हैं, जिन्हें जटिल संरचनाओं और आकृतियों वाले नाभिक के रूप में जाना जाता है। अस्थिर, रेडियोधर्मी रूथेनियम आइसोटोप की एक श्रृंखला है जिसके बारे में माना जाता है कि इनका आकार त्रिअक्षीय होता है, जो बादाम या कॉफी बीन के समान होता है।
रूथेनियम के गुणों को मापना
अनुसंधान टीम ने नौ रेडियोधर्मी रूथेनियम आइसोटोप को मापने के लिए एटम और आयन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एटलांटिस) उपकरण के लिए आर्गोन टेंडेम हॉल लेजर बीमलाइन का उपयोग किया। यह नया उपकरण आर्गोन टेंडेम लिनाक एक्सेलेरेटर सिस्टम (एटीएलएएस) में स्थापित किया गया था।
एटलस आर्गोन में एक डीओई उपयोगकर्ता सुविधा है जिसमें एक सुपरकंडक्टिंग रैखिक त्वरक है जिसे नाभिक के गुणों का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
शोधकर्ताओं ने एक अन्य एटलस उपकरण, कैलिफ़ोर्निया रेयर आइसोटोप ब्रीडर अपग्रेड (CARIBU) से रेडियोधर्मी रूथेनियम आइसोटोप तक पहुंच प्राप्त की। CARIBU एक दुर्लभ, अत्यधिक रेडियोधर्मी तत्व कैलिफ़ोर्नियम की थोड़ी मात्रा के विखंडन के माध्यम से रेडियोधर्मी रूथेनियम वितरित कर सकता है।
मास ने कहा, "हमने जिन रूथेनियम आइसोटोप का अध्ययन किया, वे अन्य तत्वों में विघटित होने से पहले केवल एक सेकंड तक टिके रहे।" "अटलांटिस कोलिनियर लेजर स्पेक्ट्रोस्कोपी नामक एक तकनीक का प्रदर्शन करता है। यह हमें एक सेकंड से भी कम समय में इन आइसोटोप की बहुत छोटी मात्रा पर माप एकत्र करने की अनुमति देता है।"
अटलांटिस का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने एक लेजर किरण को रूथेनियम परमाणुओं की किरण के समान पथ पर निर्देशित किया। कुछ लेज़र आवृत्तियों पर, परमाणु उत्तेजित हो गए और प्रतिदीप्त होने लगे, जिससे संकेत मिलता है कि प्रकाश फोटॉन उत्सर्जित हुए थे। टीम ने लेजर आवृत्तियों की पहचान की जिस पर फोटॉन उत्सर्जन चरम पर था। यह प्रक्रिया नौ रूथेनियम समस्थानिकों के लिए दोहराई गई थी। प्रत्येक आइसोटोप के लिए, उत्सर्जन शिखर थोड़ी अलग आवृत्ति पर स्थानांतरित हो गया।
मास ने कहा, "हम इस आइसोटोप बदलाव का उपयोग आइसोटोप के परमाणु आकार में अंतर प्राप्त करने के लिए कर सकते हैं।"
टीम ने आकार में इन बदलावों की तुलना ब्रुसेल्स के पूर्वानुमानों के साथ की है {{0}स्किरमी{{1}ऑन {{2}ए{3}ग्रिड (बीएसकेजी) मॉडल, जो परमाणु संरचना के लिए दुनिया के सबसे उन्नत में से एक हैं। पुराने, पारंपरिक परमाणु मॉडलों के विपरीत, वे एक नाभिक में सभी न्यूट्रॉन और प्रोटॉन के बीच विशिष्ट बलों और इंटरैक्शन के लिए जिम्मेदार होते हैं।
शोधकर्ताओं ने अपने परिणामों और बीएससीजी मॉडल की भविष्यवाणियों के बीच उत्कृष्ट सहमति पाई, जो मॉडल की मजबूती की ओर इशारा करती है।
विशेष रूप से, सटीक माप सक्षम करने की कोशिश में, टीम ने कोलिनियर लेजर स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीक को भी उन्नत किया। विशेष रूप से, उन्होंने प्रभावी नई तकनीकों को विकसित और कार्यान्वित किया जो परमाणु किरण को बेअसर करती हैं और इसे दालों में "गुच्छा" करती हैं।
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खगोल भौतिकी के लिए निहितार्थ
अध्ययन से पता चला कि बीएससीजी मॉडल उल्लेखनीय सटीकता के साथ अस्थिर, त्रिअक्षीय नाभिक की भविष्यवाणी कर सकते हैं। ऐसे शक्तिशाली मॉडल खगोल भौतिकीविदों को इस बात पर प्रकाश डालने में मदद कर सकते हैं कि ब्रह्मांड कैसे काम करता है।
मास ने कहा, "खगोलभौतिकीविद जानते हैं कि अस्थिर, रेडियोधर्मी नाभिक ब्रह्मांड में सितारों और तत्वों के निर्माण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।"
"हमारे ब्रह्मांड को बेहतर ढंग से समझने के लिए, हमें यह जानना होगा कि नाभिक कैसे संरचित हैं और वे कैसे बातचीत करते हैं। हमें विदेशी नाभिक के गुणों की भविष्यवाणी करने में सक्षम होने की आवश्यकता है जो आधुनिक कण त्वरक में उत्पादित नहीं किए जा सकते हैं।"
अध्ययन के तीन लेखकों ने बीएससीजी मॉडल विकसित किए: वाउटर रिसेंस और गुइलहर्मे ग्राम्स, दोनों बेल्जियम में यूनिवर्सिटी लिब्रे डी ब्रुक्सलेज़ से, और माइकल बेंडर फ्रांस में इंस्टीट्यूट डी फिजिक डेस 2 इनफिनिस डी ल्योन से।
मास, रिसेन्स, ग्रैम्स और बेंडर के अलावा, अटलांटिस के प्रयोग और निर्माण आर्गोन (डैनियल बर्डेट, जेसन क्लार्क, पीटर म्यूएलर, डैनियल सैंटियागो - गोंजालेज, गाइ सवार्ड और एड्रियन वाल्वरडे), जर्मनी में तकनीकी विश्वविद्यालय डार्मस्टेड और मिशिगन स्टेट यूनिवर्सिटी में दुर्लभ आइसोटोप बीम की सुविधा के शोधकर्ताओं के बीच एक सहयोग था।
अटलांटिस विभिन्न अनुसंधान आवश्यकताओं के लिए कोलिनियर लेजर स्पेक्ट्रोस्कोपी माप करने के लिए सहयोगी संस्थानों के लिए उपलब्ध है। सहयोग के अवसर तलाशने के लिए, मास से संपर्क करें।
