هستهی اتمها میتوانند به شکل میله باشند
هسته اتمها همواره به شکل یک کره و یا یک حجم تخممرغی شکل که از پروتون و نوترون تشکیل شده، متصور میشوند. در مقالهای که اخیراً(نهم سپتامبر) در مجلهLetters Physical Review چاپ شدهاست، نشان دادهشده که شکلهای عجیبتری نیز برای هسته وجود دارد. هسنهای که به سرعت میچرخد میتواند به شکل زنجیرهای از چندین دسته کوچک نوترون و پروتون درآید. این شکلهای عجیب برای هسته میتواند نقش مهمی را در فرآیند تشکیل کربن12 و اکسیژن16(که عناصر اصلی حیات هستند) در داخل ستارهها ایفا کند. شیوه جدیدی که نویسنده این مقاله در محاسبات خود به کار گرفته، حتی راه را برای بررسی شکلهای پیچیدهتر از این نیز باز میکند.
اهمیت شکل هسته در اینجاست که این خصوصیت تأثیر مهمی در واکنشهای هستهای، مثل واکنشهایی که در ستارگان رخ میدهد، دارد. اگر هستهای به اندازه کافی سریع بچرخد(معمولاً این چرخش سریع در اثر برخورد و ترکیب دو هسته کوچکتر رخ میدهد) از حالت کره و یا بیضی تغییر شکل میدهد. این تغییر شکل که سبب میشود هسته حالتی شبیه به یک میله پیدا کند به دلیل تأثیر دو نیروی هستهای قوی(که پروتونها و نوترونها را کنار یکدیگر نگه میدارد) و نیروی گریز از مرکز(که آنها را از هم جدا میکند) به وجود میآید. طبق نتایجی که از آزمایش بدست آمده نسبت عرض به طول برای این هستههای میلهای شکل سنگین یک به دو و یا یک به سه مشاهده شده است، اما برای هستههای سبک مثل کربن و اکسیژن با وجود اینکه نشانههایی مبنی بر وجود هستههای تغییر شکل یافته در دست است، اما هیچ نتیجه مستقیمی در آزمایشگاه مشاهده نشدهاست.
در بررسی این تغییرشکلها به جای کار بر روی خود نوکلئونها و نیروی بین آنها، بیشتر محاسبات نظری بر روی ذرات آلفا که نوکلئونها را تشکیل میدهند، یعنی پروتونها و نوترونها، صورت گرفتهاست. بررسی ذرات آلفا معمولاً تقریب خوبی است که سبب میشود محاسبات کمتر شود. اما با این وجود نظریکاران بر این عقیدهاند که برای در نظر گرفتن نوکلئونها به تنهایی به عنوان ذرات اساسی تشکیلدهنده عناصر، به درک عمیقتری از ماهیت آنها نیاز داریم.
تاکاتوشی ایچیکاوا ( Takatoshi Ichikawa) از دانشگاه کیوتو و همکارانش از روشی به نام هارتری-فوک(Hartree-Fock) برای بررسی چرخش هسته اتم اکسیژن16 استفاده کردهاند. این گروه برهمکنش بین هستهها را برحسب نیروهای اسکیرم(Skyrme) که تقریبی از همان نیروی هستهای قوی است، توصیف کردهاند. علاوه بر این، آنها توزیع سه بعدی چگالی نوکلئون که در واقع نشاندهنده شکل هسته است، را نیز پیدا کردهاند.
نتیجه مهم دیگری که این گروه در محاسباتشان به آن رسیدند این بود که، در فرکانسهای چرخشی کمتر از یک و نیم مگاالکترونولت برħ (کهħ به صورت ثابت پلانک تقسیم بر 2π تعریف میشود) هستهها به شکل کره باقی میمانند، اما در فرکانسهای حدود 2 مگا الکترونولت برħ به صورت یک آرایش خطی متشکل از چهار ذره آلفا در میآیند. اگر هسته با سرعتی بیش از این بچرخد از هم میپاشد. این آرایش زنجیرهای شکل برای هسته با هر اندازهای، هرگز به عنوان یک حالت پایدار در محاسبات در نظر گرفته نمیشود. اما نظریکاران عقیده دارند که چنین ساختارهایی میتواند وجود داشتهباشد. محاسبات بیشتر توسط این گروه نشان داد، هنگامی که یک هسته اکسیژن16 از برخورد دو هسته برلیوم8 ایجاد شود چنین شکلی به وجود میآید.
سایت عمر(Sait Umar) از دانشگاه واندربیلت(Vanderbilt) اعتقاد دارد که "این آرایش خطی، اهمیت اساسی در ساختار و دینامیک این سیستمها دارد و میتواند در فرآیند تشکیل کربن12 و اکسیژن16(در اثر برخورد هستههای کوچکتر) در درون ستارگان مهم باشد." این گروه امیدوارند در تحقیقات آینده با استفاده از تکنیکهایی که به کار میگیرند آرایشهای خطی با طول بیشتر و یا حتی آرایشهایی به صورت چند ضلعی مشاهده کنند.