Det store sorte kugle er CLAS detectorPhoto: Douglas Higinbotham (JLAB)
Neutronstjerner har en renæssance, så vidt plads objekter gå. Disse ultra-tæt kollapsede stjerner er kilden til sidste års vigtigste astrophysical opdagelse, og de kunne levere univers med meget af sin guld-og andre tungere grundstoffer. Men, forvirrende, mange af deres vigtigste egenskaber kan ikke komme fra den neutroner de er opkaldt efter. I stedet, protoner, der kan holde til at nøglen til mange neutronstjerne fænomen.
Forskere ved hjælp af data fra en Amerikansk partikel-accelerator i forhold, hvor protoner og neutroner opførte sig i kollisioner mellem elektroner og atomkerner. Det er et vigtigt nukleare fysik resultat, der er interstellare konsekvenser, når det kommer til forståelse af neutronstjerner.
“Analysen er meget overbevisende,” Eller Høne, assisterende professor i fysik ved MIT, fortalte Gizmodo. “Det får os til at tænke, at protoner er meget mere vigtig i vurderingen af ejendomme af neutron-stjerner, end vi troede.”
Neutronstjerner er objekter i rummet omkring 1,5 gange til to gange Solens masse, men pakket ind i et rum, mindre end 10 km på tværs. Forskere figur, at disse stjerner er består hovedsageligt af neutroner, med nogle små procentdel af protoner. Astronomerne kan ikke studere disse stjerner på tæt hold—det nærmeste man har observeret er omkring 400 lysår væk—så de har brug for at skabe analoge stoffer i laboratoriet.
Her, den analoge var et årti med data fra den løbende elektronstråle-accelerator-anlæg (CEBAF s) CLAS detektor, der ved Thomas Jefferson National Accelerator Facilitet i Virginia. Dette collider accelererer en stråle af elektroner til høje energier, før sprængning det til et fast mål—i dette tilfælde, atomkerner. Disse nye resultater at sammenligne, hvor protoner versus neutroner skudt ud efter electron beam ramme målet kerner af deuterium, carbon, aluminium, jern og bly.
Forskerne var interesseret i andelen af højt momentum protoner, som skudt ud af atomer i forhold til høj-momentum neutroner. Forvirrende, fandt de, at jo højere en kerne’ brøkdel af neutroner, jo mere high-momentum protoner skudt ud—men antallet af høj-momentum neutroner opholdt sig om det samme, i henhold til det papir, offentliggjort i Nature.
Denne undersøgelse er interessant for sin fysik alene. Holdet brugte over et årti af gamle data, som andre partikelfysik eksperimenter, der normalt ville have smidt ud. Forskere var i stand til at grave i og vælge ud neutron signal for første gang, i henhold til ph.d. – studerende Meytal Duer, en ph.d. – studerende ved Tel Aviv University i Israel, som ledede undersøgelsen. Det er den første undersøgelse for at måle og sammenligne den brøkdel af høj-momentum protoner og neutroner i disse kollisioner, sagde hun i en erklæring.
Hvorfor er dette vigtigt? Godt, hvis du ekstrapolere hele vejen ud til noget, der er for det meste neutroner, som en neutronstjerne, så alle disse neutroner kan have en dramatisk effekt på protoner i den stjerne, der fører til ændringer i adfærd vi observere fra Jorden. Specielt, den høje energi protoner kunne ændre den sats, at neutron-stjerner er cool, eller forholdet mellem deres lille radius og stor masse, sagde Hønen.
“Den analyse, der ser ud til at være solid,” Thomas Aumann, atomfysiker fra Technische Universität Darmstadt, som gennemgået det arbejde, fortalte Gizmodo. Han enige om, at dette er vigtige oplysninger for forståelse neutron-stjerner, men bemærkede, at den sammenligning, der er kun en ekstrapolation så langt, og stadig behov teoretikere til at udvikle netop, hvad den høje brøkdel af protoner, der ville gøre til en neutronstjerne.
Høne enige om, at dette resultat er nu behov for at blive set på af teoretiske fysikere, og sagde, at forsøget var begrænset af energien af elektroner. Den CEBAF er snart at få en opgradering til at accelerere elektroner til højere energier.
Holdet vil næste som at forske i, hvordan de bestanddele af protoner og neutroner, kaldet kvarker og gluoner, bidrager til deres observationer.
Det nye resultat vil være nyttige for udviklingen af andre forsøg, som kommende KLIT neutrino eksperiment under opførelse ved Fermilab. Men det viser også, hvad partikel colliders kan fortælle os om universet—fysikere kan genskabe lille, enklere neutron-stjerner her på Jorden.
“Det er en masse om forståelse skalaer,” sagde Hønen. “Hvordan vi bevæger os fra kvarker og gluoner at protoner og neutroner til atomkerner til det spørgsmål, som vi får at se.”
[Naturen]