Πώς να γίνετε σύγχρονοι αλχημιστές

Π ώ ς ν α γ ί ν ε τ ε έ ν α ς
Σ ύ γ χ ρ ο ν ο ς Α λ χ η μ ι σ τ ή ς
( Η Π υ ρ η ν ι κ ή Φ υ σ ι κ ή Σ ή μ ε ρ α )

Θ εό δ ω ρ ο ς Μ ε ρτζι μ έ κ η ς
***
http:// is.gd / tmertzi
tmertzi

Wednesday, February 27, 13

Π ο ύ θ α β ρ ε ί τ ε τ η δ ι ά λ ε ξ η

http:// bit.ly / yNZKKq


Αλχημεία

Βασικοί στόχοι:
Η μετατροπή των μετάλλων σε χρυσό
Η πανάκεια

Στη βάση όλων υπάρχει η Φιλοσοφική Λίθος


Η έ ν ν ο ι α τ η ς ύ λ η ς
σ τ η Φ υ σ ι κ ή Φ ι λ ο σ ο φ ί α
Τα τέσσερα βασικά στοιχεία:
γη (χώμα)
αέρας
φωτιά
νερό
Η πεμπτουσία: το ``θεϊκό`` στοιχείο


Ο Δ η μ ό κ ρ ι τ ο ς
Θεώρησε το άτομο ως το δομικό λίθο του
κόσμου
Τα άτομα μπορούν να έχουν διαφορετικό σχήμα
και μέγεθος, αλλά είναι όλα άφθαρτα, αόρατα,
μικροσκοπικά

Όμοια άτομα έλκονται και
σχηματίζουν τα σώματα
κενό ≠ άτομα


Τ ο ά τ ο μ ο κ α ι ο π υ ρ ή ν α ς

δεκάδραχμο, 1976


Τ ο π λ α ν η τ ι κ ό π ρ ό τ υ π ο
πρωτόνιο

ηλεκτρόνιο

νετρόνιο


Ο π υ ρ ή ν α ς

δέσμη α

φύλλο Au

Η ανακάλυψη ενός βαρέος
συσσωματώματος στο κέντρο του ατόμου
έγινε από τον E.Rutherford το 1911

δέσμη α

φύλλο Au

Ο πυρήνας ανακαλύφθηκε στις αρχές του
Κ΄ αιώνα ενώ είχε προηγηθεί η ανακάλυψη
του ατόμου και της ραδιενέργειας
Αποτελεί κβαντικό
συσσωμάτωμα
p & n εντός νέφους
άλλων σωματιδίων
(π.χ. πιόνια)


Ο πυρήνας ανακαλύφθηκε στις αρχές του
Κ΄ αιώνα ενώ είχε προηγηθεί η ανακάλυψη
του ατόμου και της ραδιενέργειας
Αποτελεί κβαντικό
συσσωμάτωμα
p & n εντός νέφους
άλλων σωματιδίων
(π.χ. πιόνια)

Paraskevi, Πυρήνας, 2010


Ο ι π ρ ώ τ ο ι σ ύ γ χ ρ ο ν ο ι Α λ χ η μ ι σ τ έ ς
Goeppert-Mayer

Wu

Curie

Bohr
Rutherford Fermi


Ο ι δ ο μ ι κ ο ί λ ί θ ο ι : π ρ ω τ ό ν ι ο
Σωμάτιο θετικά φορτισμένο
Μάζα ίση με 938.272 MeV/c2
Καθορίζει βασικές ιδιότητες του ισοτόπου
(π.χ. Z<->χημεία)

``Αρχέγονο`` ερώτημα
της πυρηνικής δομής:
Γιατί υπάρχουμε αφού τα πρωτόνια στον
πυρήνα απωθούνται μεταξύ τους λόγω της
αλληλεπίδρασης Coulomb?


Ο ι δ ο μ ι κ ο ί λ ί θ ο ι : ν ε τ ρ ό ν ι ο
Ουδέτερο σωματίδιο
Δύσκολο να ανιχνευθεί μέσω Η/Μ
αλληλεπιδράσεων
Μάζα: 939.566 MeV/c2
Ανακαλύφθηκε σχετικά αργά (1932) από τον
Chadwick


Π υ ρ η ν ι κ έ ς α λ λ η λ ε π ι δ ρ ά σ ε ι ς

Η φύση των πυρήνων μπορεί να εξηγηθεί με
την παραδοχή ύπαρξης δύο ειδών
πυρηνικών δυνάμεων
Η ισχυρή αλληλεπίδραση p-n εξηγεί την
ύπαρξη των πυρήνων και ένα πλήθος από
δομικές ιδιότητες
Η ασθενής αλληπίδραση παρατηρείται
κυρίως στη μεταστοιχείωση (β±)


Π ο ύ ε σ τ ι ά ζ ε ι η Π υ ρ η ν ι κ ή ;
πάνω από
3000 ισότοπα!

!!
νια
χρό
15
ία
υ τα
τε λε
α
κ ε τ
φ θη
α λύ
ν ακ
% α
~25


Β α σ ι κ ά ε ρ ω τ ή μ α τ α σ ή μ ε ρ α
Ποια είναι η φύση των αλληλεπιδράσεων
στον πυρήνα;
Τι συμβαίνει σε εξωτικά συστήματα;
Από τι είναι φτιαγμένα τα άστρα;


Π υ ρ η ν ι κ ή Δ ο μ ή
Και στα τρία ερωτήματα καλείται να
παράσχει απαντήσεις η μελέτη της δομής
των πυρήνων
Εστιάζει στο περιεχόμενο p,n των ισοτόπων
και κυρίως στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ
τους, οι οποίες καθορίζουν τη δυναμική του
συστήματος
Βασικό πειραματικό εργαλείο είναι οι
επιταχυντές σωματίων και οι
αντιδραστήρες


Τ ο π ρ ό τ υ π ο τ ω ν φ λ ο ι ώ ν
Η συστηματική μελέτη του Ισοτοπικού
Πίνακα απέδωσε το Πρότυπο των Φλοιών
Καταλυτική η συνεργασία θεωρίας και
πειράματος
Πρόβλεψη για ενεργειακά επίπεδα, μάζα
μεταστοιχειώσεις, σχήμα, μέγεθος και πολλά
άλλα χαρακτηριστικά

Maria Goeppert-Mayer,
Nobel 1963


Π ώ ς π ρ ο έ κ υ ψ ε τ ο π ρ ό τ υ π ο ;
Παρατηρήθηκε ιδιαίτερα αυξημένη
σταθερότητα σε συγκεκριμένους πυρήνες
Εμφανίστηκε άμεση συσχέτιση με τον
αριθμό νουκλεονίων αυτών των πυρήνων
Αντιστοίχιση με τους φλοιούς των
ηλεκτρονίων στο άτομο, αλλά και επέκταση
του προτύπου με νέες αλληλεπιδράσεις,
ώστε να εξηγηθούν οι παρατηρήσεις


Μπορώ να ξεχωρίσω
τις τροχιές και τα
ενεργειακά επίπεδα


Μπορώ να ξεχωρίσω
τις τροχιές και τα
ενεργειακά επίπεδα

Μαγικοί αριθμοί


Μ α γ ι κ ο ί α ρ ι θ μ ο ί

Το πρότυπο των φλοιών έδωσε τη
δυνατότητα της πρόβλεψης αριθμών
πρωτονίων και νετρονίων όπου
εμφανίζονται ιδιαίτερα χαρακτηριστικά
2,8,20,28,50,82,126...
Όμως, σήμερα υπάρχουν ΝΕΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ


Π ο ι α ε ί ν α ι τ α ν έ α δ ε δ ο μ έ ν α
Η φύση της ισχυρής αλληλεπίδρασης είναι
απρόβλεπτη σε ακραίες καταστάσεις
Εξωτικά φαινόμενα δημιουργούν ΝΕΟΥΣ
μαγικούς αριθμούς
Σύνδεση Πυρηνικής με Αστροφυσική μέσω
παρατηρήσεων διαδρομών στον ισοτοπικό
πίνακα που ευθύνονται για την
πυρηνογένεση


Θ ε ω ρ η τ ι κ έ ς α ν α ζ η τ ή σ ε ι ς
Η πολυπλοκότητα των συστημάτων, αλλά
και το πλήθος των σωματίων, σταθμών και
χαρακτηριστικών δεν επιτρέπουν την
αναλυτική περιγραφή.
Τέτοιοι υπολογισμοί υπάρχουν μόνο για
πολύ ελαφρά συστήματα (π.χ. Li)
Ομοίως, συλλογικές περιγραφές του
συστήματος παρουσιάζουν ιδιαίτερο
ενδιαφέρον και επιτυχία ερμηνείας των
φαινομένων


Ν ή σ ο ι α ν α σ τ ρ ο φ ή ς
Πειραματικά έχει βρεθεί μια μικρή περιοχή
του Ισοτοπικού Πίνακα όπου η δομή των
ισοτόπων εμφανίζεται διαφορετική από τις
προβλέψεις (~36Mg)
Υπάρχει ανάστροφη
σειρά ενεργειακών
επιπέδων και
παραμόρφωση
Υπάρχουν άλλες δύο
τέτοιες περιοχές


Ν ή σ ο ι α ν α σ τ ρ ο φ ή ς
Πειραματικά έχει βρεθεί μια μικρή περιοχή
του Ισοτοπικού Πίνακα όπου η δομή των
ισοτόπων εμφανίζεται διαφορετική από τις
προβλέψεις (~36Mg)
Υπάρχει ανάστροφη
σειρά ενεργειακών
επιπέδων και
παραμόρφωση
Υπάρχουν άλλες δύο
τέτοιες περιοχές

S800 @ NSCL

Σ χ ή μ α π υ ρ ή ν α
Η εντύπωση ότι οι πυρήνες είναι τέλειες
σφαίρες ήταν ξεπερασμένη από την αρχή
Ρεαλιστικά, οι πυρήνες έχουν διάφορα
σχήματα, τα οποία κυμαίνονται από δίσκο ως
πούρο, παρουσιάζοντας διάφορες
συμμετρίες.
Tο πρότυπο Nilsson (1955) επεκτείνει το
πρότυπο των φλοιών.


Τ ο π ρ ό τ υ π ο N i l s s o n
Περιγράφει τον πυρήνα με βάση τις γωνίες
των αξόνων συμμετρίας σε σχέση με τους
άξονες περιστροφής του συστήματος
Ανάλογα με τον αριθμό των p και n οι μαγικοί
αριθμοί μπορούν να αλλάξουν!
Υπάρχουν συγκεκριμένα μεγέθη που
συνοδεύουν την ύπαρξη παραμόρφωσης του
πυρήνα (π.χ. ηλεκτρική τετραπολική ροπή)


Σ τ ι ς π α ρ υ φ έ ς


Πού σταματά η ύπαρξη ισοτόπων;


Πώς αλλάζει το σχήμα σε αυτά τα όρια;


Πώς αλλάζουν οι αλληλεπιδράσεις;


Πώς αλλάζουν οι αλληλεπιδράσεις;
Υπάρχουν νέες συμμετρίες;


Π ο ύ , π ώ ς , τ ι ;
Οι μετρήσεις έχουν εξελιχθεί και απαιτούν
επιστημονική και τεχνολογική αναβάθμιση
Το μεγάλο βήμα έγινε με την έλευση των
ασταθών (ραδιενεργών) δεσμών, RIB
Νέες δυνατότητες, αλλά και νέες απαιτήσεις
από τις υπάρχουσες υποδομές, τεχνικές και
επιστημονικό προσωπικό.


Σ τ α θ ε ρ έ ς δ έ σ μ ε ς
Υπάρχουν σε διάφορα εργαστήρια σε όλον
τον κόσμο και χρησιμοποιούνται εκτενώς για
πληθώρα μελετών, από βασική επιστήμη ως
εφαρμοσμένη έρευνα (π.χ. αρχαιολογία,
ιατρική κοκ)
Πού βρίσκεται η ισχυρότερη σταθερή δέσμη
στον κόσμο αυτή τη στιγμή;


Α σ τ α θ ε ί ς δ έ σ μ ε ς
Πώς παράγουμε μια δέσμη που ζει κάτι
λιγότερο από 0.0000001 sec?
Πώς μετράμε τις δομικές ιδιότητες της δέσμης
και των παραγώγων της;


Α σ τ α θ ε ί ς δ έ σ μ ε ς
Πώς παράγουμε μια δέσμη που ζει κάτι
λιγότερο από 0.0000001 sec?
Πώς μετράμε τις δομικές ιδιότητες της δέσμης
και των παραγώγων της;

Τι ενέργειες
απαιτούνται και τι
είδους ανιχνευτικά
συστήματα;


G A N I L / S P I R A L 2

Πληθώρα ασταθών δεσμών. Βρίσκεται σε
περίοδο αναβάθμισης προς μεγαλύτερες
ενέργειες και λαμπρότητες δεσμών


G S I / F A I R
Facility for Antiprotons and Ion Research (FAIR)


C E R N / I S O L D E
Χρησιμοποιεί p από PS Booster σε ~2 GeV για
να παράξει ~600 ισότοπα από 60 στοιχεία


R I K E N / R I B F
Ένα από τα
πρώτα
εργαστήρια με RIB

Υπεραγώγιμο κύκλοτρο
με δυνατότητα για
πολωμένες δέσμες


N S C L / F R I B


N S C L / F R I B
We recommend construction of the Facility for Rare isotope Beams (FRiB), a world-
leading facility for the study of nuclear structure, reactions, and astrophysics.
experiments with the new isotopes produced at FRiB will lead to a comprehensive
description of nuclei, elucidate the origin of the elements in the cosmos, provide an
understanding of matter in the crust of neutron stars, and establish the scientific
foundation for innovative applications of nuclear science to society.


N S C L / F R I B
We recommend construction of the Facility for Rare isotope Beams (FRiB), a world-
leading facility for the study of nuclear structure, reactions, and astrophysics.
experiments with the new isotopes produced at FRiB will lead to a comprehensive
description of nuclei, elucidate the origin of the elements in the cosmos, provide an
understanding of matter in the crust of neutron stars, and establish the scientific
foundation for innovative applications of nuclear science to society.

2 υπεραγώγιμα
κύκλοτρα σε
συνδυασμό με γραμμικό
επιταχυντή και με
διαχωριστή
θραυσμάτων και
πληθώρα RIB
http://www.frib.msu.edu

Τ ι μ ε τ ρ ά μ ε ;
Ενέργειες σταθμών
Μάζες
Ροπές πυρήνα (μ, Q)
Ενέργειες σύνδεσης
Ενεργές διατομές
Παράμετροι συμμετριών
Δυναμικά αλληπιδράσεων


Ε ν ε ρ γ ε ι α κ ά ε π ί π ε δ α
Σε νέα ισότοπα είναι συνήθως η πρώτη
πληροφορία (μέσω γ-αποδιέγερσης)
πληροφορίες για:
τρόπους διέγερσης,
ταλάντωσης,
περιστροφής,
αλληλεπιδράσεις
& δυναμική


Ε ν ε ρ γ ε ι α κ ά ε π ί π ε δ α
Σε νέα ισότοπα είναι συνήθως η πρώτη
πληροφορία (μέσω γ-αποδιέγερσης)
πληροφορίες για:
τρόπους διέγερσης,
ταλάντωσης,
περιστροφής,
αλληλεπιδράσεις
& δυναμική

συστοιχία GEMINI, RIKEN

Μάζες
Η ακρίβεια στη μέτρηση μαζών προσφέρει
πληροφορία για την ισχύ της πυρηνικής
αλληλεπίδρασης
Κατανόηση αστροφυσικών φαινομένων
Προσφέρει έλεγχο της θεωρίας

LEBIT

Η / Μ ι δ ι ό τ η τ ε ς

Υπάρχει αλληλεπίδραση με
Η/Μ πεδία

Frank Stella, Polar Coordinates II


Η / Μ ι δ ι ό τ η τ ε ς

Υπάρχει αλληλεπίδραση με
Perturbation
Η/Μ πεδία

!"#

Frank Stella, Polar Coordinates II

Michigan State University


Ε ν ε ρ γ έ ς δ ι α τ ο μ έ ς
Πολύ σημαντικές για
την Αστροφυσική
Χαρτογράφηση
δυναμικού σε οριακές
περιοχές
Μετρήσεις που
απαιτούν ιδιαίτερη
ακρίβεια, αλλά
μπορούν να γίνουν
και στο Δημόκριτο


Δ υ ν α μ ι κ έ ς σ υ μ μ ε τ ρ ί ε ς

Rick F. Casten, Yale


Συνοπτικά...


Τι ψάχνουμε


Πού το ψάχνουμε


Πώς το ψάχνουμε


Τι έχουμε ανακαλύψει μέχρι στιγμής


Τι έχουμε ανακαλύψει μέχρι στιγμής
Ποιοι δρόμοι ανοίγονται για τις επόμενες
γενιές


Courtesy of Joe Alterio


Πώς να γίνετε σύγχρονοι αλχημιστές

Recommended

Recommended

More Related Content

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Featured

Featured (20)

Πώς να γίνετε σύγχρονοι αλχημιστές