紅巨星快速生產碳元素的奧秘，碳-12原子核的構成形式和衰變

2023-03-31 19:09:18

天文在線

碳原子核被觀察到以三角形狀態旋轉

物理學家發現了新的重要證據，碳12原子核是地球上生命的基本組成部分之一，其結構類似於這一證據是由英國、墨西哥和美國的物理學家通過測量快速旋轉的原子核的旋轉狀態獲得的。這一發現表明，在紅巨星碳的形成中起重要作用的碳-12的「霍伊爾態」也具有相同的形狀。相對而言，這一理論預測表明，霍伊爾狀態更像一個鈍角三角形或「彎曲的手臂」

(伯明罕大學回旋加速器)

宇宙中的所有碳原子都是由紅巨星中的兩個α粒子(氦-4核)融合形成壽命較短的鈹-8核，然後捕獲第三個α粒子形成碳-12然而，物理學家仍然對這一反應最初是如何發生的非常困惑。根據他們對碳-12的早期理解，碳-12的反應進行得太慢，無法解釋宇宙中碳含量高的原因。後來，在1954年，英國天文學家弗雷德·霍伊爾預測碳-12有一個迄今未知的激發態，現在被稱為霍伊爾態，這可能會提高碳-12的生產率在

3之後，加州理工學院的物理學家通過實驗驗證了霍伊爾狀態然而，質子和中子在碳-12原子核中的精確排列仍然是一個有爭議的問題。一些物理學家認為碳-12是12個相互作用的原子核中最好的，但是其他人認為碳-12原子核可以看作是3個組合的α粒子。後一種模型的合理性在於α粒子非常穩定，因此很可能存在於碳12核中。

分子激發

如果碳-12確實由三個α粒子組成，分子物理學可以提供關於這些粒子如何排列的重要線索2000年，墨西哥國立自治大學(UNAM)的羅洛夫·比約克和耶魯大學的弗朗切斯科·艾哈羅提出三個α粒子可以排列成等邊三角形，並且三個α粒子都在同一平面上這個結構是五年前在三重氫分子離子H3+中發現的

現在，比約克與伯明罕大學的馬丁·弗勒和他的同事以及康乃狄克大學的摩西·蓋聯手，獲得了迄今為止最好的實驗證據，證明碳-12的形狀確實像一個等邊三角形實驗是在伯明罕的回旋加速器上進行的。一束α粒子被發射到碳靶上，產生一個處於高自旋狀態的碳-12核。事實上，原子核旋轉非常快，甚至會撕裂並發射出阿爾法粒子。

通過測量α粒子的能量和角分布，研究小組觀察到了前所未有的高速自旋狀態當與先前實驗中測量的四種低自旋態一起分析時，新數據強烈地表明碳-12核類似於等邊三角形，它像一個有三個尖端的齒輪一樣旋轉。

呼吸核

的描述適用於碳-12的基態轉動帶，對霍伊爾態也有重要意義。因為霍伊爾自旋帶的光譜似乎與基態自旋帶相似，所以已經測量了5個自旋狀態中的2個然而，霍伊爾態的慣性矩似乎大於基態的慣性矩。表面霍伊爾狀態是一種「呼吸模式」，即等邊三角形的擴張。膨脹的原子核本身可以旋轉，產生一系列類似於碳-12基態帶的激發態。

指向霍伊爾狀態為等邊三角形的證據似乎與計算結果不一致。計算表明，霍伊爾狀態更接近一個鈍角三角形然而，α衰變測量不能給物理學家提供原子核形狀的完整圖像。確定核結構的唯一方法是研究自旋衰變發出的伽馬射線。雖然這種研究在核物理中很常見，但對於碳-12來說卻非常困難，因為原子核發射的α粒子衰變的概率比γ射線衰變的概率高得多。

然而，Freer和他的同事們現在正在開發一個實驗來捕捉碳-12原子核發出的伽馬射線，並希望在今年年底之前進行測量因此，在霍伊爾州被預測60年後，我們將最終有機會知道它的形狀。

參考

1。維基百科全書

2。天文術語

翻譯:易賢

作者:漢密士·約翰斯頓

如果有任何侵犯相關內容，請在30天內聯繫作者刪除

轉載並獲得授權，並注意保持完整性並註明出處