Приливные силы обнаружены и в ядерной физике
Эксперименты американских физиков показали, что между атомными ядрами действуют приливные электростатические силы, которые могут заметно изменить картину распада нестабильных ядер.
Приливы и отливы — результат того, что сила гравитационного притяжения, например от Луны, не постоянна, а уменьшается при удалении от нее. Из-за этого часть Земли, самая близкая к Луне, притягивается сильнее, а самая далекая — слабее, чем вся Земля в среднем. Поэтому ее как бы растягивает вдоль направления на Луну и сплющивает по бокам — то есть Земля испытывает со стороны Луны «приливную силу».
Силы электростатического взаимодействия заряженных тел тоже зависят от расстояния между телами, поэтому силы, подобные приливным, действуют и в электростатике. Если речь идет о притяжении двух разноименно заряженных тел, то картина будет в точности такая же, как и при гравитационных приливных силах, а при отталкивании одноименных зарядов — с точностью до наоборот: оно сплющивает тела в продольном направлении и растягивает их в поперечном.
Красивый пример того, как электростатические приливные силы вмешиваются в мир ядерной физики, обнаружили недавно американские ученые. Их статья с описанием и объяснением результатов эксперимента появилась на днях в журнале Physical Review Letters.
В этой работе с помощью специального детектора LASSA изучались высокоэнергетические столкновения тяжелых ядер кадмия-114 и молибдена-92 (эксперимент проводился в Национальной сверхпроводящей циклотронной лаборатории при Университете штата Мичиган, MSU-NSCL). Когда столкновение ядер происходит не «лоб в лоб», а «по касательной», то ядра не разлетаются тут же на мелкие осколки, а как бы «разогреваются», и затем с них испаряются «кусочки ядерного вещества», преимущественно в виде альфа-частиц (то есть ядер гелия-4) или других легких ядер. Именно такие легкие частицы и отлавливали экспериментаторы.
Среди прочих вариантов был и одновременный вылет двух альфа-частиц — по крайней мере, так это выглядело в детекторе. На самом деле, как выяснили физики, эти две альфа-частицы далеко не всегда вылетали независимо. Иногда получалось, что вначале с поверхности ядра вылетало нестабильное возбужденное ядро бериллия-8 (8Be*), которое тут же — на удалении всего в несколько диаметров родительского ядра — распадалось на две альфа-частицы. На таком расстоянии еще довольно сильно электрическое поле от родительского ядра, а значит, оно могло повлиять — за счет приливных сил — на процесс распада 8Be*.
И действительно, это влияние было обнаружено на опыте. Вообще, распад 8Be* очень простой. Если бы не было никакого постороннего влияния, то две альфа-частицы просто разлетались бы в противоположных направлениях относительно центра масс с некоторой скоростью, которая совершенно не зависела бы от направления вылета.
Влияние приливных электрических сил со стороны родительского ядра приводит к появлению зависимости относительной скорости разлета от направления. Если альфа-частицы разлетаются по направлению движения исходного 8Be*, то их скорость относительно друг друга оказывается заметно меньше, а если поперек — то заметно больше средней (последствие «сжатия» вдоль и «растяжения» поперек). Измерения показали, что разница между этими случаями составляла примерно 10%.
Обнаруженное явление приливных сил в микромире лишний раз напоминает физикам, что нужно быть аккуратным при изучении рождения и распада нестабильных частиц. Даже если нестабильное дочернее ядро вылетело из родительского и уже не чувствует его ядерных сил, оно всё еще может находиться в его электростатической «зоне влияния». Иными словами, рождение и распад этого нестабильного осколка не протекают независимо.
Интересно отметить, что этот вывод буквально совпадает с выводом, сделанным в другой недавней работе, но уже из области физики элементарных частиц, о которой мы писали в заметке Анализ данных коллайдера LHC может оказаться более сложным, чем ожидалось. Впрочем, причины, приводящие к зависимости рождения и распада в этих двух случаях, совсем разные.
Источник: A. B. McIntosh et al., Tidal Effects and the Proximity Decay of Nuclei // Physical Review Letters, 99, 132701 (27 September 2007). Статья также свободно доступна в архиве препринтов: nucl-ex/0607028.
См. также: Теория приливов из лекционного курса В. Л. Пантелеева Физика Земли и планет.
-
> Интересно отметить, что этот вывод буквально совпадает с выводом, сделанным в другой недавней работе, но уже из области физики элементарных частиц, о которой мы писали в заметке "Анализ данных коллайдера LHC может оказаться более сложным, чем ожидалось". Впрочем, причины, приводящие к зависимости рождения и распада в этих двух случаях, совсем разные.
Или причина - одна и та же.
Как второй возможный вариант. :-) -
> Когда столкновение ядер происходит не 'лоб в лоб', а 'по касательной',
> то ядра не разлетаются тут же на мелкие осколки, а как бы
> 'разогреваются'
Не нарушает ли эта фраза принцип эквивалентности? Т.е. в одной СО "лоб в лоб", а в другой - "по касательной". Так почему есть разница? не проще ли стукать 'лоб в лоб', но скорость убавить?-
1. В утверждении "лоб в лоб" или "по касательной" главное -- это не то, какой именно точкой поверхности касаются, а то, как изменяется их импульс при столкновении -- сильно или чуть-чуть. А вот это уже можно сформулировать в релятивистски-инвариантном виде. Т.е. оно от системы отсчета не зависит.
2. Насчет "не проще ли".
Во-первых, когда сталкиваются пучки ядер, то никто не может контролировать, как именно произойдет то или иное столкновение. Там происходит все, что может, а уж потом экспериментаторы выделяют из всей накопленной статистики нужные типы столкновений (см. статью "Анатомия одной новости ...").
Во-вторых, можно конечно уменьшить энергию и смотреть не на столкновения по касательной, а на более центральные столкновения. Но будет ли в них та же самая физика? Очень сомневаюсь.
Вот смотрите -- главная задача была "разогреть" ядра, так чтоб с них испарялись легкие осколки с типичной кинетической энергией 3-4 МэВ на нуклон. Это подразумевает не просто, что в ядро засунули столько энергии (3-4 МэВ/нуклон), но что сделали это достаточно равномерно. А это очень нетривиальная вещь. Для этого сталкивались ядра с энергией примерно 50 МэВ на нуклон, но по касательной. Я абсолютно точно сейчас не скажу, но насколько я понимаю, если бы вместо этого столкнули бы ядра с теми же 4 МэВ/нуклон, но лоб в лоб, то вместо термализации система развалилась бы на несколько больших кусков, каждый из которых унес бы кинетическую энергию, но сам пи этом оставался довольно холодным. Вот так все непросто.-
Как надо понимать "термализацию" ядра? "Горячее" и "холодное" ядро как-то не очень воспринимается. Нарушается ли при этом структура ядра?
-
Да как понимать? Так и понимать. Как и любая система с достаточно большим числом частиц, ядро может находиться в сильно возбужденном состоянии, в котором энергия в первом приближении равнораспределена по степеням свободы. Конечно, есть свои тонкости с понятием температуры и вообще с термодинамикой систем с конечным числом частиц, но это к данному делу не относится. Горячее -- это когда есть заметная энергия на нуклон выше основного уровня.
Структура ядра конечно меняется. При больших температурах (порядка 200 МэВ/нуклон) предполагается, есть фазовый переход в кварковую фазу.
Вообще про это можно много где почитать, вот например: http://nuclphys.sinp.msu.ru/mirrors/hn.htm
-
-
-
Ваша первая фраза:
"... главное -- это не то, какой именно точкой поверхности касаются, а то, как изменяется их импульс при столкновении -- сильно или чуть-чуть."
противоречит вашей же второй:
"можно конечно уменьшить энергию и смотреть не на столкновения по касательной, а на более центральные столкновения. Но будет ли в них та же самая физика? Очень сомневаюсь."
Во-втором случае импульс тоже будет изменяться/передаваться "чуть-чуть" как и в первом, только физика действительно будет уже совсем другая...
Поэтому важно именно КАКОЙ ЧАСТЬЮ ударились ядра, а не "чуть-чуть" или "посильнее".
"Касательный" удар - он и есть "касательный"... :-) -
"Ваша первая фраза:
"... главное -- это не то, какой именно точкой поверхности касаются, а то, как изменяется их импульс при столкновении -- сильно или чуть-чуть."
противоречит вашей же второй:
"можно конечно уменьшить энергию и смотреть не на столкновения по касательной, а на более центральные столкновения. Но будет ли в них та же самая физика? Очень сомневаюсь." А ничего, что это в принципе одно и тоже? Точки шара равноправны, а по касательной - это значит, что угол между скоростью одного ядра и направлением из точки удара на центр другого прямой. Сама точка при этом может быть любой, важно как направлена скорость. И это же определяет, как меняются импульсы. Так вот именно от изменения импульсов зависит, как распределяется энергия удара.
-
1. атомы сталкиваются на встречных параллельных курсах (180 градусов), а не под малым углом, как я было первоначально понял фразу "по касательной". Т.е. тут коллайдер тяжелых ионов, а не что-то иное.
2. анализируются результаты тех столкновений, где момент импульса относительно центра масс пары сталкивающихся частиц велик; лобовые столкновения происходят, как всегда и везде, но они в целом изучены и нам не интересны.
Так? Если нет, то я не понимаю что означает "по касательной".
-
"1. атомы сталкиваются на встречных параллельных курсах (180 градусов), а не под малым углом, как я было первоначально понял фразу "по касательной". Т.е. тут коллайдер тяжелых ионов, а не что-то иное." А Вы думали, что одни атомы догоняют другие? Я боюсь себе представить, какие мануалы надо курить, чтоб вообще браться за такую установку. Даже из числа инопланетянских. Даже из числа писанных инопланетными вредителями.
-
"2. анализируются результаты тех столкновений, где момент импульса относительно центра масс пары сталкивающихся частиц велик; лобовые столкновения происходят, как всегда и везде, но они в целом изучены и нам не интересны." Нет. Лобовые столкновения не интересны именно этой группе, но тоже пишутся. А именно эта группа отбирает те столкновения, которые дают материал для анализа именно их вопроса. Он у них один достаточно узок, а не "А к чему вообще приводят столкновения?". При некоторых столкновениях вообще пары частиц и античастиц рождаются, там тоже есть чего поискать, просто приливное взаимодействие ядер эти процессы не проясняют.
О том, что электростатические силы окружения влияют на распад (правда на бета- и не в такой степени), показывали "наши ребята за ту же зарплату":
Akulov, Y.A. / Mamyrin, B.A. , Physics Letters B, 600 (1), p.41-47, Oct 2004
В этой "домашней" работе было показано, что время жизни трития в атомарной и молекулярной формах отличается на 0.26%
Я, правда, не в курсе, может теоретикам это все и так очевидно. :)
Последние новости
