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红巨星快速生产碳元素的奥秘,碳-12原子核的构成形式和衰变

时间:2020-03-12 11:34:11 作者: 来源:51区未解之谜网 手机阅读
199红巨星迅速产生碳元素的奥秘,碳12原子核的形式及其衰变

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碳原子核被观察到以三角形状态旋转

物理学家发现了新的重要证据,碳12原子核是地球上生命的基本组成部分之一,其结构类似于这一证据是由英国、墨西哥和美国的物理学家通过测量快速旋转的原子核的旋转状态获得的。这一发现表明,在红巨星碳的形成中起重要作用的碳-12的“霍伊尔态”也具有相同的形状。相对而言,这一理论预测表明,霍伊尔状态更像一个钝角三角形或“弯曲的手臂”

(伯明翰大学回旋加速器)

宇宙中的所有碳原子都是由红巨星中的两个α粒子(氦-4核)融合形成寿命较短的铍-8核,然后捕获第三个α粒子形成碳-12然而,物理学家仍然对这一反应最初是如何发生的非常困惑。根据他们对碳-12的早期理解,碳-12的反应进行得太慢,无法解释宇宙中碳含量高的原因。后来,在1954年,英国天文学家弗雷德·霍伊尔预测碳-12有一个迄今未知的激发态,现在被称为霍伊尔态,这可能会提高碳-12的生产率在

3之后,加州理工学院的物理学家通过实验验证了霍伊尔状态然而,质子和中子在碳-12原子核中的精确排列仍然是一个有争议的问题。一些物理学家认为碳-12是12个相互作用的原子核中最好的,但是其他人认为碳-12原子核可以看作是3个组合的α粒子。后一种模型的合理性在于α粒子非常稳定,因此很可能存在于碳12核中。

分子激发

如果碳-12确实由三个α粒子组成,分子物理学可以提供关于这些粒子如何排列的重要线索2000年,墨西哥国立自治大学(UNAM)的罗洛夫·比约克和耶鲁大学的弗朗切斯科·艾哈罗提出三个α粒子可以排列成等边三角形,并且三个α粒子都在同一平面上这个结构是五年前在三重氢分子离子H3+中发现的

现在,比约克与伯明翰大学的马丁·弗勒和他的同事以及康涅狄格大学的摩西·盖联手,获得了迄今为止最好的实验证据,证明碳-12的形状确实像一个等边三角形实验是在伯明翰的回旋加速器上进行的。一束α粒子被发射到碳靶上,产生一个处于高自旋状态的碳-12核。事实上,原子核旋转非常快,甚至会撕裂并发射出阿尔法粒子。

通过测量α粒子的能量和角分布,研究小组观察到了前所未有的高速自旋状态当与先前实验中测量的四种低自旋态一起分析时,新数据强烈地表明碳-12核类似于等边三角形,它像一个有三个尖端的齿轮一样旋转。

呼吸核

的描述适用于碳-12的基态转动带,对霍伊尔态也有重要意义。因为霍伊尔自旋带的光谱似乎与基态自旋带相似,所以已经测量了5个自旋状态中的2个然而,霍伊尔态的惯性矩似乎大于基态的惯性矩。表面霍伊尔状态是一种“呼吸模式”,即等边三角形的扩张。膨胀的原子核本身可以旋转,产生一系列类似于碳-12基态带的激发态。

指向霍伊尔状态为等边三角形的证据似乎与计算结果不一致。计算表明,霍伊尔状态更接近一个钝角三角形然而,α衰变测量不能给物理学家提供原子核形状的完整图像。确定核结构的唯一方法是研究自旋衰变发出的伽马射线。虽然这种研究在核物理中很常见,但对于碳-12来说却非常困难,因为原子核发射的α粒子衰变的概率比γ射线衰变的概率高得多。

然而,Freer和他的同事们现在正在开发一个实验来捕捉碳-12原子核发出的伽马射线,并希望在今年年底之前进行测量因此,在霍伊尔州被预测60年后,我们将最终有机会知道它的形状。

参考

1。维基百科全书

2。天文术语

翻译:易贤

作者:汉密士·约翰斯顿

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