Ce formă are nucleul atomic? O nouă descoperire ar putea explica misterele Universului

Se bănuia de ceva vreme că nuclee cu astfel de forme  ar putea exista, dar acum, o echipă internaţională de fizicieni a reuşit să demonstreze faptul.

Descoperirea ar putea alimenta eforturile de descoperire a unei noi forţe fundamentale în natură, care ar putea explica de ce Big Bang-ul a dat naştere materiei şi antimateriei în proproţii inegale – mai multă materie decât antimaterie. Acest dezechilibru joacă un rol major în istoria Universului.

• ChatGPT, disponibil și pe WhatsApp. Ce trebuie să știe utilizatorii?
• SpaceX va lansa pentru a șaptea oară racheta Starship

După cum explică unul dintre cercetătorii  implicaţi, Tim Chupp, de la Universitatea din Michigan, dacă în momentul Big Bang-ului materia şi antimateria ar fi fost create în cantităţi egale, ele s-ar fi anihilat reciproc şi nimic n-ar mai fi existat – nici stele, nici planete, nici viaţă.

Particulele de antimaterie au aceeaşi masă, dar încărcătură electrică de semn opus faţă de cea a particulelor de materie. Antimateria este rară în Univers, apărând doar pentru fracţiuni de secundă în erupţiile solare, radiaţia cosmică şi în acceleratoarele de particule, cum este Large Hadron Collider (LHC) din cadrul CERN.

Când particulele de antimaterie întâlnesc particule de materie, ele se anihilează reciproc.

Ce anume determină acest dezechilibru dintre materie şi antimaterie este unul dintre marile mistere ale fizicii. Fenomenul nu este prezis de Modelul Standard – teoria complexă care descrie  natura materiei şi legile care o guvernează.

Modelul Standard descrie 4 forţe fundamentale (sau interacţiuni) care guvernează comportametul materiei: gravitaţia, forţa electromagnetică, forţa nucleară puternică şi forţa nucleară slabă.

Fizicienii sunt, la ora actuală, în căutarea unei noi forţe sau interacţiuni care să explice dezechilibrul dintre materie şi antimaterie. 

Dovada existenţei unei astfel de interacţiuni ar putea fi obţinută pe baza unor măsurători la nivelul axei nucleelor unor elemente radioactive, precum radiu şi radon.

Cercetătorii au confirmat că nucleele acestor atomi au formă de pară, spre deosebire de nucleii mai „tipici”, sferici sau ovali.

Forma de pară face ca efectul noului tip de interacţiune să fie mai puternic şi mai uşor de detectat.

„Forma de pară este ceva deosebit”, spune Chupp. ”Înseamnă că neutronii şi protonii, din care este alcătuit nucleul, sunt plasaţi în locuri diferite de-a lungul unei axe interne.”

Protonii încărcaţi pozitiv sunt împinşi mai departe de centrul nucleului de către forţele nucleare, fundamental diferite de forţele cu simetrie sferică, precum gravitaţia.

„Noul tip de interacţiune, ale cărei efecte le studiem, face două lucruri, spune Chupp. ”Produce asimetria materie-antimaterie existentă în Universul abia format şi aliniază direcţia spinului cu axa în aceşti nuclei în formă de pară (Spinul este o proprietate fizică intrinsecă a particulelor, din aceeaşi categorie cu masa sau sarcina electrică; este definit ca momentul cinetic sau momentul unghiular intrinsec al particulei).

Pentru a determina forma nucleelor, cercetătorii au produs fascicule de atomi de radiu şi radon, cu durată de viaţă foarte scurtă, care au fost accelerate, bombardând alţi atomi, de nichel, cadmiu şi cositor.

În urma acestui proces, nucleele au emis raze gamma care  s-au dispersat după un anumit tipar, dezvăluind astfel forma de pară a nucleelor.

„Descoperirile noastre contrazic unele teorii ale nucleului şi nuanţează altele”, spune prof. Peter Butler, fizician la Universitatea din Liverpool şi conducător al studiului.

Măsurătorile realizate îi vor ajuta, de asemenea, pe specialiştii care studiază momentul electric dipolar (EDM) la nivel atomic, cercetări legate de descoperirea unor noi tehnici de a exploata proprietăţile speciale ale izotopilor de radiu şi radon.

Rezultatele acestor cercetări, împreună cu cele ale experimentelor de fizică nucleară, vor ajuta la testarea Modelului Standard, cea mai bună teorie de care dispun fizicienii în momentul de faţă pentru a înţelege natura elementelor din care este constituit Universul.

Sursa: Science Daily