Hạt nhân không bình yên

Khi đa số chúng ta nghĩ tới nguyên tử, ta hay nghĩ về những electron nhỏ xíu lao vù vù xung quanh một hạt nhân đặc, đứng yên, gồm các proton và neutron, gọi chung là nucleon. Một chương trình hợp tác giữa Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne và Phòng thí nghiệm quốc gia Thomas Jefferson thuộc Bộ Năng lượng Mĩ đã chứng minh thực tại trông khác như thế nào với bức tranh đơn giản của chúng ta, với kết quả là một phần tư số nucleon ở trong một hạt nhân đặc vượt quá 25% tốc độ ánh sáng, làm thay đổi hoàn toàn bức tranh về một hạt nhân tĩnh tại.

Bức tranh nguyên tử đơn giản của chúng ta

“Chúng ta thường hình dung hạt nhân là một sự sắp xếp cố định của các hạt, nhưng trên thực tế có rất nhiều cái đang diễn ra ở cấp độ hạ nguyên tử mà chúng ta không thể nhìn thấy qua kính hiển vi,” phát biểu của nhà vật lí John Arrington.

Arrington và các đồng sự của ông đã sử dụng một trong các quang phổ kế từ tính lớn của Phòng thí nghiệm Jeferrson để khảo sát hành trạng của các nucleon trong một số nguyên tử nhẹ - deuterium, helium, beryllium và carbon. Các nhà vật lí lâu nay tin rằng “các tương quan tầm ngắn” – các tương tác bên trong hạt nhân tạo ra các nucleon xung lượng cao – sẽ phản ánh mật độ của hạt nhân nguyên tử, vì chúng đã có hành trạng như thế ở những hạt nhân nặng hơn.

Giả thuyết này phần lớn là đúng, ngoại trừ trong trường hợp beryllium. Không giống như những nguyên tử khác đang nghiên cứu, beryllium có chứa hai đám nucleon, mỗi đám gồm một hạt nhân helium-4. Những nucleon này, hóa ra, lại liên kết với một neutron nữa. Vì cấu hình có phần kềnh càng này, nên các nucleon ở beryllium chịu một số tương đối cao va chạm mặc dù là một trong những hạt nhân nhẹ nhất.

“Sự tăng tốc” hạt nhân mà các nhà nghiên cứu quan sát thấy có lẽ là do sự tương tác giữa các quark cấu tạo nên nucleon khi tiếp xúc với nhau. Mỗi proton và neutron gồm ba quark liên kết rất chặt với nhau. Tuy nhiên, khi các nucleon tiến đến quá gần nhau, lực hạt nhân thông thường trói buộc các quark có thể bị phá vỡ, làm thay đổi cấu trúc quark của proton và neutron hoặc có lẽ còn tạo ra những hạt phức từ các quark của hai nucleon.

“Vì tương tác giữa hai nucleon ở gần nhau là nguyên nhân gây ra sự biến thiên xung lượng lẫn hành trạng quark, nên tôi nghĩ điều cấp thiết là các nhà khoa học nên tiếp tục nghiên cứu hiện tượng xảy ra trong đó,” Arrington nói. “Phép đo tiếp theo của chúng tôi sẽ cố gắng khảo sát trực tiếp câu hỏi này bằng cách chụp ảnh nhanh của sự phân bố quark tại thời điểm khi các nucleotn ở gần nhau.”

Xuân Nguyễn – thuvienvatly.com
Nguồn: Argonne National Laboratory (web)