Phát hiện mới: hạt nhân chì-208 không phải hình cầu

Một nghiên cứu mới đã thách thức một giả định lâu đời trong vật lý hạt nhân: hạt nhân của chì-208 không có dạng hình cầu hoàn hảo như các mô hình lý thuyết trước đây từng dự đoán.

Công trình do các nhà khoa học từ University of Surrey dẫn đầu và được công bố trên Physical Review Letters. Kết quả nghiên cứu cho thấy hạt nhân chì-208 thực tế có dạng kéo dài giống quả bóng bầu dục (prolate spheroid).

Khám phá này có thể làm thay đổi cách các nhà khoa học hiểu về cấu trúc hạt nhân và sự hình thành các nguyên tố nặng trong vũ trụ.

Chì-208: một hạt nhân “ma thuật kép”

Trong vật lý hạt nhân, chì-208 (²⁰⁸Pb) được xem là một “doubly magic nucleus” – nghĩa là cả số proton và neutron của nó đều đạt đến các con số ổn định đặc biệt.

Các con số này gọi là magic numbers, trong đó các lớp hạt nhân được lấp đầy hoàn toàn, tạo nên sự ổn định cao.

Vì lý do đó, các mô hình lý thuyết từ lâu cho rằng hạt nhân chì-208 có cấu trúc đối xứng hoàn hảo và hình cầu.

Chính vì vậy, nó thường được dùng như một hệ chuẩn để kiểm tra các mô hình vật lý hạt nhân.

Phương pháp nghiên cứu

Để kiểm tra cấu trúc thực sự của hạt nhân chì-208, các nhà khoa học đã sử dụng thiết bị đo phổ gamma hiện đại.

Thí nghiệm được thực hiện tại Argonne National Laboratory với hệ thống đo phổ gamma GRETINA gamma‑ray spectrometer.

Thiết bị này cho phép các nhà nghiên cứu phân tích các trạng thái kích thích của hạt nhân bằng cách theo dõi các tia gamma phát ra khi hạt nhân chuyển từ trạng thái năng lượng cao xuống thấp.

Thông qua dữ liệu này, các nhà khoa học có thể suy ra hình dạng và cấu trúc của hạt nhân ở cấp độ cực nhỏ.

Kết quả nghiên cứu

Phân tích dữ liệu cho thấy hạt nhân chì-208 không hoàn toàn đối xứng như dự đoán trước đây.

Thay vào đó, nó có dạng prolate spheroid, tức là hơi kéo dài giống quả bóng rugby.

Phát hiện này cho thấy:

Cấu trúc hạt nhân phức tạp hơn các mô hình hiện tại

Các giả định lâu nay về hình dạng của hạt nhân ổn định có thể cần được điều chỉnh

Những hệ “ma thuật kép” vẫn có thể có biến dạng hình học

Điều này buộc các nhà vật lý phải xem xét lại các mô hình mô tả lực hạt nhân và cấu trúc nguyên tử.

Ý nghĩa đối với vật lý và thiên văn học

Phát hiện về hình dạng của chì-208 không chỉ quan trọng đối với vật lý hạt nhân mà còn có ý nghĩa rộng hơn.

Cấu trúc của hạt nhân ảnh hưởng đến:

Độ ổn định của nguyên tử

Cách các nguyên tố nặng được hình thành trong các vụ nổ sao

Các mô hình mô tả vật chất ở điều kiện cực đoan

Trong thiên văn học, các quá trình tạo ra nguyên tố nặng trong siêu tân tinh và va chạm sao neutron phụ thuộc mạnh vào các đặc tính của hạt nhân nặng.

Do đó, việc hiểu chính xác cấu trúc của những hạt nhân như chì-208 có thể giúp cải thiện các mô hình mô tả sự tiến hóa hóa học của vũ trụ.

Kết luận

Nghiên cứu mới cho thấy hạt nhân chì-208, vốn được xem là ví dụ hoàn hảo của cấu trúc hạt nhân hình cầu, thực tế lại có dạng kéo dài.

Khám phá này thách thức các mô hình vật lý hạt nhân truyền thống và mở ra những hướng nghiên cứu mới về cấu trúc nguyên tử, sự ổn định của vật chất và sự hình thành các nguyên tố trong vũ trụ.

Nguồn

University of Surrey