5月 18, 2024

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科学者たちは宇宙で最も強い磁場を作り出したばかりです

科学者たちは宇宙で最も強い磁場を作り出したばかりです

マグネターについて聞いたことがないかもしれませんが、簡単に言うと、磁場が地球の約 1 兆倍も強い、奇妙なタイプの中性子星です。

その威力を説明するために、約 1,000 キロメートル (600 マイル) 離れたマグネターに近づくと、体全体が破壊されます。

その想像を絶する強力な場は原子から電子を引きは​​がし、あなたを単原子イオン(電子を含まない単一原子)の雲に変えます。 アーススカイノート。

しかし、科学者たちは、私たちの愛する地球上に、マグネターが確実に弱く見えるほどの強さで磁気の閃光が爆発する領域が存在する可能性があることを発見したところだ。

いったいどうやってそんなことが可能なのでしょうか? あなたが尋ねる。 まあ、答えは明らかではありません。

それは米国エネルギー省のブルックヘブン国立研究所から始まります。 または、より具体的には、 相対論的重イオン衝突型加速器 (RHIC)

科学者はRHICでの重イオン衝突から出現する粒子の経路を追跡できる(ロジャー・スタウテンバーグとジェーン・アブラモウィッツ/ブルックヘブン国立研究所)

ブルックヘブン研究所の物理学者は、この巨大な粒子加速器でさまざまな重イオンの原子核を衝突させた後、スカラー磁場の証拠を発見しました。

現在、さらに小さな粒子であるクォーク (宇宙のすべての目に見える物質の基本単位) とグルーオン (クォークをつなぎ合わせて陽子や中性子のようなものを形成する「接着剤」) の動きを測定することで、科学者たちは新たな知見を得ることができると期待しています。原子の深い内部の仕組みへの洞察。

これら 2 つの素粒子の他に、反クオークが存在することに注意することが重要です。

クォークのすべての「フレーバー」に対して、反対のクォークと同じ質量と静止エネルギーを持ちますが、反対の電荷と量子数を持つ反クォークが存在します。

核粒子内のクォークと反クォークの寿命は短いです。 しかし、それらがどのように動き、相互作用するかを理解すればするほど、物質、ひいては宇宙全体がどのように構築されるかをよりよく理解できる専門家になるでしょう。

これらの基本粒子の活動をマッピングするために、物理学者は非常に強力な磁場を必要とします。

これを作成するために、ブルックヘブン研究所のチームは RHIC を使用して、重い原子核 (この場合は金) の中心を外れた衝突を作成しました。

このプロセスによって生成された強力な磁場は、衝突中に分離した陽子と中性子から「解放」されたクォークとグルーオンに電流を生成しました。

その結果、専門家はこの「クォーク・グルーオン・プラズマ」(QGP)、つまりクォークとグルーオンが陽子と中性子の衝突から解放される状態)の電気伝導率を研究する新しい方法を考案しました。これは、私たちの理解を深めるのに役立ちます。これらの問題。 人生の基本的な構成要素。

重イオンの衝突により非常に強い電磁場が発生します(ティファニー・ボウマンとジェーン・アブラモウィッツ/ブルックヘブン国立研究所)

「これは、磁場がクォークグルーオンプラズマ(QGP)とどのように相互作用するかを初めて測定したものです」と、中国の復旦大学の物理学者であり、新しい分析のリーダーであるデュオ・チェン氏は述べた。 許可証

実際、流動粒子に対するこれらの中心を外れた衝突の影響を測定することは、これらの強力な磁場の存在の直接的な証拠を提供する唯一の方法です。

専門家は長年、このような中心を外れた衝突では強い磁場が発生すると信じていたが、これを証明することは何年も不可能であった。

これは、重イオンの衝突では物事が非常に早く起こり、その場が長く続かないことを意味するためです。

それほど長くないというのは、10億分の1000万分の1秒以内に消えることを意味しており、必然的に気づきにくくなります。

しかし、たとえこの領域がどれほど儚かったとしても、それは間違いなく地獄のように強力でした。 これは、原子核を構成する衝突していない正電荷の陽子と中性中性子の一部がらせん状に送り出され、中性子星よりも大きなガウス (磁気誘導の単位) をもたらす非常に強力な磁気の渦を生み出すためです。

「これらの高速移動する正電荷は、1018ガウスと予想される非常に強い磁場を生成するはずです」とUCLAの物理学者Gang Wang氏は説明した。

比較すると、宇宙で最も密度の高い天体である中性子星は約 1,014 ガウスの磁場を持っているのに対し、冷蔵庫の磁石は約 100 ガウスの磁場を生成し、地球の保護磁場はわずか 0.5 ガウスであると同氏は述べました。

これは、中心を外れた重イオンの衝突によって生成される磁場が「おそらく私たちの宇宙で最も強いことを意味する」とワン氏は述べた。

発生した磁場は中性子星の磁場よりもはるかに大きかった(アイストック)

しかし、前に説明したように、科学者は磁場を直接測定することができませんでした。 そこで、代わりに、荷電粒子の集団運動を観察しました。

「私たちは、中心を外れた重イオン衝突によって生成された荷電粒子が、これらの衝突で生じた QGP の小さな斑点内の電磁場の存在によってのみ説明できる方法で偏向されるかどうかを知りたかったのです」と Aihong Tang 氏は述べています。 、ブルックヘブン研究所の物理学者。

研究チームは、競合する非電磁的影響の影響を排除しながら、異なる荷電粒子ペアの集団運動を追跡しました。

「最終的には、QGP の電磁場によってのみ刺激される電荷​​依存の偏向パターンが見られます。これは、ファラデー誘導 (磁束の変化が電場を誘導するという法則) の明らかな兆候です」と Tang 氏は認めました。

科学者たちは、磁場が QGP 内に電磁場を生成するという証拠を入手したので、QGP の導電率をチェックできるようになりました。

「これは基本的かつ重要な特性です」とシェン氏は言います。 「集団運動の測定から導電率の値を推測できます。

「粒子の偏向の程度は、電磁場の強さと QGP の導電率に直接関係します。そして、これまで誰も QGP の導電率を測定したことがありません。」

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