The effect of the coupling between the neutron multiplicity and the fission competition on the evaporation residue cross sections of the CaPu reaction
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि एक पारंपरिक गुणनखंडित दृष्टिकोण के विपरीत, न्यूट्रॉन बहुलता और विखंडन प्रतिस्पर्धा का एक युग्मित उपचार, Ca+Pu अभिक्रिया के लिए, विशेष रूप से 3n चैनल के लिए, उत्तरजीविता प्रायिकता भविष्यवाणियों की सटीकता में महत्वपूर्ण सुधार करता है, जबकि विखंडन अवरोध ऊंचाई के छोटे परिवर्तनों के प्रति वाष्पशील अवशेष क्रॉस सेक्शन की अत्यधिक संवेदनशीलता को भी उजागर करता है।
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पदार्थ की वास्तविक सीमाओं को समझने की खोज में, परमाणु भौतिक विज्ञानी लगातार सबसे भारी संभव परमाणु बनाने का प्रयास कर रहे हैं। ये अति-भारी तत्व प्रकृति में मौजूद नहीं होते हैं; इन्हें प्रयोगशाला में दो हल्के परमाणु नाभिकों को अविश्वसनीय गति से आपस में टकराकर बनाना पड़ता है। जब वे टकराते हैं, तो वे कभी-कभी एक एकल, विशाल और अत्यधिक उत्तेजित नाभिक में विलीन हो जाते हैं। यह नई रचना अस्थिर होती है, जैसे मेज पर डगमगाता हुआ एक घूमता हुआ लट्टू, और इसे जीवित रहने के लिए जल्दी से ठंडा होना चाहिए। यह अपनी अतिरिक्त ऊर्जा को त्यागने के लिए सूक्ष्म कणों, विशेष रूपकर न्यूट्रॉन को बाहर निकालकर ऐसा करता है। यदि यह बिना टूटे ठंडा होने में सफल रहता है, तो यह एक नया, भारी तत्व बन जाता है। हालाँकि, ऐसा होने की संभावना बेहद कम है। नाभिक लगातार दो बलों के बीच एक युद्ध लड़ रहा है: न्यूट्रॉन को बाहर निकालकर ठंडा होने की इच्छा, और दो भागों में विभाजित होने की अत्यधिक तीव्र इच्छा, जिसे विखंडन (फिशन) कहा जाता है। एक नए तत्व के निर्माण और एक सेकंड के अंश में इसके गायब हो जाने के बीच का अंतर अक्सर एक सेकंड के अंश और ऊर्जा की एक सूक्ष्म मात्रा पर निर्भर करता है।
उज्बेकिस्तान के शोधकर्ताओं के एक दल ने इस बात पर एक नया दृष्टिकोण अपनाया है कि यह कूलिंग (ठंडा होने की) लड़ाई कैसे खेली जाती है, विशेष रूप से एक ऐसी प्रतिक्रिया के लिए जो फ्लेरोवियम (flerovium) तत्व के एक आइसोटोप का निर्माण करती है। उन्होंने एक विशिष्ट टकराव पर ध्यान केंद्रित किया: कैल्शियम-48 परमाणुओं की एक बीम का प्लूटोनियम-244 के लक्ष्य से टकराना। यह प्रतिक्रिया वैज्ञानिकों के पास वर्तमान में अति-भारी नाभिक बनाने के सबसे विश्वसनीय तरीकों में से एक है, फिर भी यह भविष्यवाणी करना कि इन नए परमाणुओं की संख्या कितनी होगी, एक कठिन चुनौती बना हुआ है। शोधकर्ताओं ने पाया कि जिस तरह से वैज्ञानिक दशकों से इन संभावनाओं की गणना कर रहे थे, उसमें पहेली का एक महत्वपूर्ण हिस्सा गायब था। कूलिंग प्रक्रिया को मॉडल करने के तरीके को बदलकर, उन्होंने पाया कि पुराने तरीके कुछ परिणामों के लिए जीवित रहने की संभावनाओं का काफी कम आकलन कर रहे थे, जिससे यह पता चला कि कितने न्यूट्रॉन उत्सर्जित होते हैं और नाभिक के टूटने के जोखिम के बीच का संबंध पहले की तुलना में कहीं अधिक जटिल और आपस में जुड़ा हुआ है।
यह अध्ययन एक अति-भारी नाभिक के जीवन के एक विशिष्ट क्षण पर केंद्रित है। कैल्शियम और प्लूटोनियम के प्रारंभिक टकराव के बाद फ्यूज होने के बाद, परिणामी नाभिक गर्म और घूमता हुआ होता है। इसे जीवित रहने के लिए ऊर्जा छोड़नी होगी। यह एक-एक करके न्यूट्रॉन उत्सर्cite करके ऊर्जा को त्यागता है। इस कूलिंग प्रक्रिया के हर एक चरण में, नाभिक के सामने एक विकल्प होता है: या तो वह अगला चरण देखने के लिए एक और न्यूट्रॉन छोड़ेगा, या वह टूटकर नष्ट हो जाएगा। अतीत में, वैज्ञानिकों ने इन दो विकल्पों को अलग-अलग घटनाओं के रूप में मानकर उनके जीवित रहने की संभावना की गणना की थी। वे पहले यह अनुमान लगाते थे कि नाभिक औसतन कितने न्यूट्रॉन बाहर फेंलेगा, और फिर, अलग से, उस औसत पथ पर प्रत्येक चरण में उसके टूटने की संभावना की गणना करते थे। यह एक ऐसी विधि थी जिसने माना कि नाभिक एक एकल, अनुमानित पथ का अनुसरण करता है।
नया शोध इस अलगाव को चुनौती देता है। लेखक तर्क देते हैं कि नाभिक एक एकल औसत पथ का अनुसरण नहीं करता है। इसके बजाय, प्रयोग में मौजूद प्रत्येक नाभिक अपना स्वयं का अनूठा पथ अपनाता है, ऊर्जा की अलग-अलग मात्रा अलग-अलग समय पर खोता है। कुछ नाभिक जल्दी ऊर्जा खो देते हैं और जल्दी ठंडे हो जाते; अन्य लंबे समय तक गर्म रहते हैं। विभाजित होने का जोखिम तब सबसे अधिक होता है जब नाभिक गर्म होता है। इसलिए, जो नाभिक कई न्यूट्रॉन उत्सर्जित करने के लिए पर्याप्त समय तक जीवित रहते हैं, वे "औसत" गर्म नाभिक नहीं होते हैं; वे वे हैं जो भाग्यशाली रहे और औसत से अधिक ठंडे रहे। न्यूट्रॉनों की संख्या और टूटने के जोखिम को स्वतंत्र मानकर, पुरानी विधि इस सूक्ष्म फ़िल्टरिंग प्रभाव को चूक गई। इसने माना कि जीवित बचे नाभिक भी औसत जितने ही गर्म थे, जबकि वास्तव में, जीवित बचे लोग भाग्यशाली, ठंडे समूह के थे।
इस विचार का परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक नया कंप्यूटर मॉडल बनाया जो केवल एक औसत का नहीं, बल्कि नाभिकों की पूरी आबादी को ट्रैक करता है। उन्होंने टकराव का अनुकरण किया और हजारों व्यक्तिगत नाभिकों के ठंडा होने की प्रक्रिया का पीछा किया, जिससे प्रत्येक को यह निर्णय लेने की अनुमति मिली कि उसे न्यूट्रॉन उत्सर्जित करना है या विभाजित होना है। यह "कप्ल्ड" (जुड़ा हुआ) दृष्टिकोण यह सुनिश्चित करता था कि न्यूशंस का उत्सर्जन और विखंडन के साथ प्रतिस्पर्धा, प्रत्येक नाभिक के लिए उस क्षण की उसकी वास्तविक ऊर्जा के आधार पर साथ-साथ निर्धारित हो। परिणाम चौंकाने वाले थे। इस विशिष्ट प्रतिक्रिया के लिए, नई विधि ने दिखाया कि एक विशिष्ट प्रकार के फ्लेरोवियम परमाणु (जो तीन न्यूट्रॉन उत्सर्जित करने से बनता है) के निर्माण की संभावना पुरानी विधि की तुलना में बहुत अधिक थी। कुछ ऊर्जा स्तरों पर, नई गणना ने दिखाया कि जीवित रहने की संभावना पारंपरिक अनुमान की तुलना में सत्रह से चौबीस गुना अधिक थी।
इस बड़े अंतर का मतलब यह नहीं था कि बनाए गए परमाणुओं की कुल संख्या गलत थी, बल्कि यह कि विभिन्न प्रकार के परमाणुओं का वितरण गलत था। पुरानी विधि केवल थोड़ी सी गलत नहीं थी; वह विभिन्न परिणामों की सापेक्ष शक्ति का गलत आकलन कर रही थी। इसने तीन-न्यूट्रॉन वाले परिणाम की संभावना को कम करके आंका, जबकि चार-न्यूट्रॉन वाले परिणाम पर इसका प्रभाव बहुत कम था। यह सुझाव देता है कि कूलिंग और विभाजन के बीच का जुड़ाव ही यह समझने की कुंजी है कि क्यों कुछ प्रतिक्रियाएं एक विशेष आइसोटोप का अधिक उत्पादन करती हैं। शोधकर्ताओं ने यह भी पाया कि ऊर्जा अवरोध (energy barrier) की सटीक ऊंचाई, जो नाभिक को एक साथ थामे रखती है, अत्यंत महत्वपूर्ण है। उन्होंने ऊर्जा अवरोध की गणना करने के दो अलग-अलग तरीकों का परीक्षण किया, जो एक मिलियन इलेक्ट्रॉन वोल्ट से भी कम के अंतर पर थे—परमाणु भौतिकी की दुनिया में यह एक नगण्य मात्रा है। फिर भी, इस सूक्ष्म अंतर ने अनुमानित उत्तरजीविता संभावना को दस गुना से अधिक बदल दिया। यह इस बात पर प्रकाश डालता है कि हालांकि कूलिंग प्रक्रिया को ट्रैक करने का नया तरीका एक बड़ा सुधार है, लेकिन सबसे बड़ी शेष अनिश्चितता इन अति-भारी नाभिकों को एक साथ रखने वाले बलों की सटीक शक्ति को जानने में निहित है।
टीम ने अपने नए गणनाओं की तुलना पिछले दो दशकों में रूस, जर्मनी और संयुक्त राज्य अमेरिका की प्रयोगशालाओं से एकत्र किए गए वास्तविक प्रयोगात्मक डेटा के साथ की। उनका नया मॉडल, जो कूलिंग और विभाजन की जुड़ी हुई प्रकृति को ध्यान में रखता है, दो के कारक के भीतर चौदह में से आठ मापे गए डेटा बिंदुओं को सफलतापूर्वक पुनरुत्पादित करता है। इतने जटिल तंत्र के लिए यह सटीकता में एक महत्वपूर्ण सुधार है। हालांकि मॉडल अभी भी ऊर्जा वक्र के बढ़ते किनारे और बहुत उच्च ऊर्जा पर डेटा के साथ पूरी तरह से मेल खाने में संघर्ष करता है, फिर भी इसने पिछले प्रयासों की तुलना में इस प्रक्रिया की बहुत स्पष्ट तस्वीर प्रदान की है। यह कार्य प्रदर्शित करता है कि अति-भारी तत्वों के निर्माण की भविष्यवाणी करने के लिए, वैज्ञानिकों को कूलिंग प्रक्रिया को एक सरल, रैखिक औसत के रूप में देखना बंद करना होगा और प्रत्येक नाभिक की जटिल, व्यक्तिगत यात्राओं को ध्यान में रखना होगा।
अंततः, यह अध्ययन केवल एक संख्या को परिष्कृत नहीं करता है; यह स्वयं तंत्र की समझ को बदल देता है। यह दिखाता है कि एक अति-भारी नाभिक का अस्तित्व केवल एक औसत पथ पर लागू सरल सांख्यिकी का मामला नहीं है, बल्कि यह एक जटिल फ़िल्टरिंग प्रक्रिया है जहाँ जीवित बचे लोग मूल आबादी का एक विशिष्ट, ठंडा उपसमुच्चय (subset) होते हैं। शोधकर्ता निष्कर्ष निकालते हैं कि जबकि उनका नया तरीका एक शक्तिशाली उपकरण है, आगे का रास्ता परमाणु बलों के बारे में और भी अधिक सटीक ज्ञान की मांग करता है। जब तक विखंडन अवरोध (fission barrier) की सटीक शक्ति को अधिक निश्चितता के साथ नहीं जाना जाता, तब तक नए तत्वों के निर्माण की भविष्यवाणी करना सीमित रहेगा, चाहे कंप्यूटर मॉडल कितना भी परिष्कृत क्यों न हो जाए। यह कार्य एक अनुस्मारक है कि उप-परमाणु दुनिया में, चीजें कैसे होती हैं, उसका विवरण अंतिम परिणाम जितना ही महत्वपूर्ण है।
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