بر خلاف تصور رایج در کتابهای درسی که هسته اتم را به شکل یک گلوله کروی نمایش میدهند، فیزیکدانان در آزمایشگاه سرن موفق شدهاند شواهدی از ساختاری عجیب و شبیه به پین بولینگ در درون اتمهای نئون کشف کنند.
این دستاورد جدید که در بزرگترین شتابدهنده ذرات جهان به دست آمده، نشان میدهد که همه هستههای اتمی به شکل کروی نیستند و بررسی این اشکال هندسی میتواند به درک بهتر رفتار پیچیده ماده کمک کند. در حالی که برخی هستهها مانند رادیو-۲۲۴ ساختاری نامتقارن و گلابیشکل دارند، رصد مستقیم این اشکال به دلیل ماهیت کوانتومی ذرات و چرخش مداوم آنها کار بسیار دشواری است.
برای غلبه بر این چالش، پژوهشگران از برخورددهنده ذرات کمک گرفتند تا با مطالعه نحوه پراکندگی ماده پس از برخورد اتمها، به ساختار درونی آنها پی ببرند. همکاری علمی CMS در این پژوهش، برخوردهای میان هستههای اکسیژن-۱۶ و نئون-۲۱ را با یکدیگر مقایسه کرد؛ زیرا این دو هسته جرم نزدیکی دارند اما پیشبینی میشود ساختارهای درونی متفاوتی داشته باشند.
محققان پیشتر در پژوهشهای پیشین مطالبی را مطرح کرده بودند و در بررسیهای جدید نیز شواهدی یافتهاند که نشان میدهد ساختار اکسیژن به صورت چهاروجهی است، در حالی که نئون هندسهای شبیه به پین بولینگ دارد. بررسی الگوهای جریان ذرات خروجی از این برخوردها حاکی از آن است که هندسه اولیه هستهها تأثیر مستقیمی بر نحوه حرکت و انتشار ذرات پس از برخورد دارد.
اگرچه مدلهای تئوری در برخی جزئیات با نتایج آزمایشگاهی کاملاً همخوانی ندارند، اما این پژوهش ثابت میکند که شتابدهندههای ذرات ابزاری قدرتمند برای کاوش در ساختار درونی اتمها به شمار میروند. همانطور که پژوهشگران مینویسند، این نتایج محدودیتهای مهمی را برای مدلهای فیزیکی فراهم کرده و چشمانداز تازهای را پیش روی مطالعات هستهای میگشاید. جزئیات کامل این پژوهش معتبر در نشریه فیزیکال ریویو لترز منتشر شده است.
نتیجهگیری
کشف جدید برخورددهنده بزرگ هادرونی ثابت میکند که حتی ریزترین اجزای ماده یعنی پروتونها و نوترونها نیز میتوانند آرایشهای فضایی شگفتانگیزی داشته باشند. این روش نوین نه تنها درک ما را از فیزیک هستهای عمیقتر میکند، بلکه راه را برای رمزگشایی از اسرار پنهان ذرات بنیادی در شرایط سخت و انرژیهای بالا هموار میسازد.
