“幽靈粒子”可能是最重元素背后的秘密

大原子需求大能量來構(gòu)建。現(xiàn)在，一種新的量子相互作用模型表明一些最輕的顆粒在宇宙中，至少在一些重元素的形成過程中可能起著關(guān)鍵作用。

美國的物理學(xué)家已經(jīng)展示了亞原子“幽靈”粒子如何被稱為中微子可以迫使原子核成為新元素。

這不僅是一種完全不同的構(gòu)建比鐵重的元素的方法，它還可以描述一個長期假設(shè)的“中間”路徑，它位于兩個已知過程之間的邊界上，核聚變和核合成。

對于大多數(shù)大于氫的元素，溫暖的擁抱一顆又大又亮的星星足以讓質(zhì)子和中子克服它們強(qiáng)烈的需要，將時間推開足夠長的時間，以便其他短程相互作用接管。這種聚變的擁抱釋放了額外的能量，幫助恒星的核心保持溫暖。

一旦原子長到大約 55 個核子的大小——一個鐵核– 增加額外的質(zhì)子需要更多的能量，而不是聚變過程所能償還的能量。

熱核經(jīng)濟(jì)學(xué)的這種轉(zhuǎn)變意味著，只有當(dāng)額外的中子粘附在核粒子的凝結(jié)質(zhì)量上足夠長的時間，使一個中子衰變并吐出一個電子和一個中微子，將其轉(zhuǎn)化為有資格成為新元素所需的額外質(zhì)子。

通常，這個過程是痛苦的緩慢的，在幾十年甚至幾個世紀(jì)的時間里涓涓細(xì)流，因?yàn)?a>大恒星內(nèi)的原子核中子經(jīng)常發(fā)生爭執(zhí)，獲得和失去中子，很少有人在關(guān)鍵時刻切換到質(zhì)子罩。

如果有足夠的沖擊力，這種增長也可以出奇地快——在幾分鐘內(nèi)崩潰和碰撞的星星.

但一些理論物理學(xué)家想知道是否還有其他途徑，介于慢速或“s”過程和快速或“r”過程之間的中間途徑。

“化學(xué)元素是在哪里制造的尚不清楚，我們不知道它們的所有可能制造方式，”說該研究的主要作者，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校物理學(xué)家Baha Balantekin。

“我們認(rèn)為有些是在超新星爆炸中制造的，或者中子星合并，其中許多物體都受量子力學(xué)定律的支配，所以你可以利用恒星來探索量子力學(xué)的各個方面。

在中微子泛濫的量子性質(zhì)中可能會找到一個解決方案，中微子是宇宙中質(zhì)量最豐富的粒子，它們會溢出到宇宙環(huán)境中。

雖然它們幾乎沒有質(zhì)量，幾乎沒有任何手段可以讓人們知道它們的存在，但它們的絕對數(shù)量意味著這些短暫的“幽靈粒子”的發(fā)射和偶爾吸收仍然對在大質(zhì)量恒星和災(zāi)難性宇宙事件深處嗡嗡作響的質(zhì)子和中子的預(yù)算產(chǎn)生影響。

中微子的一個奇怪的怪癖是它習(xí)慣于在量子模糊中振蕩，通過切換身份的幾種風(fēng)格當(dāng)它飛過空曠的空間時。

在混沌的核子湯中模擬大量的中微子翻轉(zhuǎn)和翻騰的味道說起來容易做起來難，所以物理學(xué)家經(jīng)常將它們視為一個單一的系統(tǒng)，其中單個粒子的性質(zhì)被認(rèn)為是一個大的、糾纏的超粒子。

來自喬治華盛頓大學(xué)和加州大學(xué)伯克利分校的Balantekin和他的同事使用相同的方法來更好地了解新生中子星撞擊周圍環(huán)境時發(fā)出的中微子風(fēng)如何作為核合成的中間過程。

通過確定單個中微子的量子身份在多大程度上取決于這種糾纏態(tài)的程度，研究小組發(fā)現(xiàn)這種幽靈風(fēng)暴可能產(chǎn)生大量新元素。

“這篇論文表明，如果中微子糾纏在一起，那么就會有一個增強(qiáng)的元素產(chǎn)生新過程，即i-過程。說巴蘭特金。

雖然這些數(shù)字在理論上加起來，但測試這個想法是另一回事。

研究地球上“幽靈”中微子的相互作用仍處于起步階段，讓研究人員凝視著遠(yuǎn)方的太空尋找新方法的證據(jù)，將最大的元素結(jié)合在一起。

這項(xiàng)研究發(fā)表在天體物理學(xué)雜志.

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