فیزیک پنج بعدی، معمای چند دهه‌ای شکافت جیوه را حل می‌کند
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، یک تیم بین‌المللی از محققان، از جمله دانشمندانی از مرکز علوم توکیو، یک مدل پنج بعدی لانگوین توسعه داده‌اند که توزیع پیچیده قطعات شکافت و انرژی‌های جنبشی ایزوتوپ‌های جیوه با جرم متوسط مانند ۱۸۰ Hg و ۱۹۰ Hg را به طور دقیق بازتولید می‌کند.
برخلاف مدل‌های قبلی که برای توضیح شکافت نامتقارن جیوه تلاش می‌کردند، این رویکرد توزیع جرم دوکوهانه غیرمعمول مشاهده شده در جیوه-۱۸۰ را در نظر می‌گیرد و نشان می‌دهد که چگونه اثرات پوسته هسته‌ای حتی در انرژی‌های برانگیختگی بالاتر از آنچه قبلاً فرض می‌شد، همچنان دینامیک شکافت را شکل می‌دهند.
با نشان دادن اینکه این اثرات ساختاری فراتر از عناصر سنگینی مانند اورانیوم و پلوتونیوم نیز ادامه دارند، یافته‌ها درک فرآیند‌های شکافت هسته‌ای را افزایش می‌دهند و می‌توانند مدل‌های پیش‌بینی‌کننده برای ایزوتوپ‌های کشف نشده در نمودار هسته‌ای را بهبود بخشند.
شکافت هسته مرکوری-۱۸۰ مدل‌های ساخته شده بر پایه اورانیوم و پلوتونیوم را به چالش می‌کشد
با هدف کشف دلایل رفتار غیرمعمول شکافت هسته‌ای جیوه، دانشیار چیکاکو ایشیزوکا و تیم بین‌المللی او در موسسه انرژی بدون کربن، ساینس توکیو، یک مدل لانگوین پنج بعدی توسعه دادند. مطالعه آنها که به صورت آنلاین در مجله Physical Review C در تاریخ ۲۰ مه ۲۰۲۵ منتشر شد، پیش‌بینی‌های دقیقی از توزیع قطعات و انرژی جنبشی کل ارائه می‌دهد و به عنوان پیشنهاد سردبیر توسط مجله شناخته می‌شود.
برخلاف شکافت هسته‌ای عناصر سنگینی مانند اورانیوم و پلوتونیوم که به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است، نحوه‌ی شکافت هسته‌های سبک‌تر مانند جیوه هنوز به خوبی شناخته نشده است.
آزمایش‌ها نشان داده‌اند که جیوه-۱۸۰ دچار یک شکافت نامتقارن غیرمعمول می‌شود و قطعاتی با اندازه‌های بسیار متفاوت تولید می‌کند. این نتایج شگفت‌انگیز، نظریه‌های فعلی را به چالش می‌کشد و نیاز به درک چگونگی تأثیر ساختار هسته‌ای بر شکافت در عناصر با عدد اتمی زیر ۸۲ را برجسته می‌کند.
مدل لانگوین، تغییر شکل هسته را در زمان واقعی، از حالت تعادل اولیه آن تا نقطه شکست، زمانی که به قطعات کوچکتر تقسیم می‌شود، دنبال می‌کند. توسعه مدل‌های سازگار برای این عناصر سبک‌تر بسیار مهم است، زیرا آنها اغلب رفتار بسیار متفاوتی نسبت به ایزوتوپ‌های سنگینِ به خوبی مطالعه شده دارند.
این تیم در مطالعه‌ی خود بر روی دو ایزوتوپ جیوه تمرکز کرد: ۱۸۰ Hg که از برخورد ۳۶ Ar با ۱۴۴ Sm ایجاد شده و ۱۹۰ Hg که از ۳۶ Ar و ۱۵۴ Sm تشکیل شده است. آنها نحوه‌ی تقسیم قطعات شکافت و انرژی جنبشی کل آنها را محاسبه کردند.
مدل جدید، اثرات پوسته‌ای متغیر در شکافت جیوه را ثبت می‌کند
یکی از پیشرفت‌های عمده در مدل، معرفی یک دیواره نرم در لبه‌های فضای تغییر شکل بود که به آن اجازه می‌داد تا با دقت بیشتری نحوه تغییر شکل هسته در طول شکافت را شبیه‌سازی کند. محققان همچنین نحوه تکامل اثرات پوسته با افزایش انرژی تحریک را در نظر گرفتند، عاملی که اغلب در مدل‌های قبلی بیش از حد ساده‌سازی می‌شد.
علاوه بر این، شبیه‌سازی با نتایج تجربی برای توزیع جرم قطعات و انرژی جنبشی کل مطابقت نزدیکی داشت. برای ۱۸۰ جیوه، با موفقیت الگوی جرم دو قله‌ای غیرمعمول مشاهده شده در آزمایش‌ها را بازسازی کرد. این مطالعه همچنین نشان داد که اثرات پوسته‌ای حتی در انرژی‌های تحریک بالاتر از ۴۰ تا ۵۰ مگا الکترون ولت نیز مهم باقی می‌مانند، که با فرضیات قبلی مبنی بر ناپدید شدن آنها در تضاد است.
محققان همچنین شکافت چندفرکانسی را در نظر گرفتند، جایی که هسته قبل از شکافت، نوترون آزاد می‌کند. آنها دریافتند که این امر تأثیر کمی بر جرم قطعات در انرژی‌های پایین دارد، اما به شدت بر انرژی جنبشی کل تأثیر می‌گذارد، و TKE را به روشی مفید برای مطالعه شکافت چندفرکانسی تبدیل می‌کند.
به گفته ایشیزوکا، این یافته‌ها بینش‌های جدید و ارزشمندی در مورد فرآیند شکافت ارائه می‌دهند و درک بنیادی ما از رفتار هسته‌ای را عمیق‌تر می‌کنند و تأیید می‌کنند که رویکرد لانگوین پنج‌بعدی ابزاری قابل اعتماد و مؤثر برای پیش‌بینی دقیق مشاهدات کلیدی شکافت است.