Οι επιστήμονες επιλύουν μια μακρόχρονη ανωμαλία στον τρόπο με τον οποίο περιστρέφονται οι πυρήνες

Μια διεθνής ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής το Εθνικό Εργαστήριο Argonne του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ έχει επιλύσει μια μακρόχρονη ανωμαλία σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο οι πυρήνες περιστρέφονται. Το εύρημα, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature, θα μπορούσε να έχει επιπτώσεις στη θεμελιώδη φυσική και στην ανάπτυξη νέων τεχνολογιών όπως οι κβαντικοί υπολογιστές.

Οι πυρήνες είναι οι μικροσκοπικοί, πυκνοί πυρήνες ατόμων που περιέχουν πρωτόνια και νετρόνια. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια έχουν μια ιδιότητα που ονομάζεται Spin, η οποία μπορεί να θεωρηθεί ως η περιστροφή των σωματιδίων γύρω από τους άξονες τους. Στους περισσότερους πυρήνες, οι περιστροφές των πρωτονίων και των νετρονίων ακυρώνουν ο ένας τον άλλον έξω, με αποτέλεσμα μια συνολική πυρηνική περιστροφή μηδέν.

Ωστόσο, σε ορισμένους πυρήνες, οι περιστροφές των πρωτονίων και των νετρονίων δεν ακυρώνουν εντελώς, με αποτέλεσμα μια μη μηδενική πυρηνική περιστροφή. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός (NMR) και είναι η βάση μιας ποικιλίας σημαντικών τεχνολογιών, όπως η απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού (MRI) και η φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (φασματοσκοπία NMR).

Για δεκαετίες, οι επιστήμονες έχουν προβληματιστεί από μια ανωμαλία στα φάσματα NMR ορισμένων πυρήνων. Αυτή η ανωμαλία, γνωστή ως "απόσβεση της μαγνητικής διπολικής ροπής", εμφανίζεται όταν η πυρηνική περιστροφή μειώνεται από την παρουσία ενός εξωτερικού μαγνητικού πεδίου.

Η ομάδα επιστημόνων υπό την ηγεσία του Argonne έχει πλέον επιλύσει αυτήν την ανωμαλία, δείχνοντας ότι προκαλείται από την αλληλεπίδραση μεταξύ της πυρηνικής περιστροφής και των ηλεκτρόνων στο άτομο. Αυτή η αλληλεπίδραση, η οποία είναι γνωστή ως η υπερφυσική αλληλεπίδραση, μπορεί να προκαλέσει την ευθυγράμμιση της πυρηνικής περιστροφής με το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, με αποτέλεσμα τη μείωση της πυρηνικής μαγνητικής ροπής.

Αυτό το εύρημα θα μπορούσε να έχει επιπτώσεις στη θεμελιώδη φυσική, καθώς παρέχει νέες γνώσεις σχετικά με τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ πυρήνων και ηλεκτρονίων. Θα μπορούσε επίσης να έχει πρακτικές εφαρμογές, όπως η ανάπτυξη νέων υλικών για κβαντικούς υπολογιστές και άλλες τεχνολογίες.

"Πρόκειται για μια σημαντική ανακάλυψη που ήταν δεκαετίες στην παραγωγή", δήλωσε ο Argonne Physicist και ο συν-συγγραφέας Samrat Sharma. "Είμαστε ενθουσιασμένοι που τελικά κατανοούμε την προέλευση αυτής της ανωμαλίας και να διερευνήσουμε τις πιθανές επιπτώσεις της για την επιστήμη και την τεχνολογία".

Η μελέτη χρηματοδοτήθηκε από το Γραφείο Επιστημών του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ και το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών.