Phát hiện mới đe dọa lí thuyết cấu tạo hạt nhân

Hồi năm 2002, Paul Koehler, một nhà vật lí tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge (ORNL) ở Tennesse, và những người khác đã đo các cộng hưởng neutron ở bốn loại đồng vị platinum. Những mẫu cộng hưởng này – là các năng lượng mà hạt nhân của một đồng vị platinum hấp thụ neutron – bị ảnh hưởng bởi chuyển động của các proton và neutron bên trong hạt nhân đó. Những chuyển động này được cho mang tính hỗn loạn, ít nhất là theo lí thuyết ma trận ngẫu nhiên, lí thuyết dùng để xác định hành trạng của các hạt nhân lớn. Tuy nhiên, trong một nghiên cứu gần đây, Koehler và các đồng nghiệp của ông nhận thấy các proton và neutron dường như chuyển động theo một kiểu tập thể không thể nào giải thích được bằng bất kì mô hình nào đã biết của cấu trúc hạt nhân.
“Những kết quả mới cho thấy chừng 200 nucleon bên trong các hạt nhân platinum được nghiên cứu tác dụng theo kiểu hợp xướng để biểu hiện các tính chất đều đặn chứ không hỗn loạn”, theo một bài báo đưa tin trên website của ORNL. “Biết trước năng lượng tương đối cao và số nucleon tham gia, hành trạng tập thể như vậy là hoàn toàn bất ngờ và không thể giải thích được”.

Cấu trúc hạt nhân (ảnh minh họa)

Các nhà nghiên cứu cho biết các kết quả của họ bác bỏ lí thuyết ma trận ngẫu nhiên cho dữ liệu này với xác suất 99,997%. Nhưng để xác nhận khẳng định của họ, các nhà khoa học cần phải tiến hành thêm các thí nghiệm trên hạt nhân của những nguyên tố khác ngoài platinum ra mới có thể xác nhận rằng khám phá trên không đơn giản là do một tính chất bất thường của các hạt nhân platinum.
Tuy nhiên, khó khăn là ở chỗ phòng thí nghiệm ORELA đã đóng cửa do cắt giảm ngân sách, và không có lịch định mở cửa trở lại trong thời gian sớm trước mắt. Bộ Năng lượng Mĩ cho biết các dự án nghiên cứu khác có độ ưu tiên cao hơn trong lĩnh vực khoa học hạt nhân. Theo Koehler, còn có một nơi khác trên thế giới những phép đo tương tự có thể được thực hiện, đó là Máy gia tốc Thẳng Electron Geel (GELINA) ở Geel, Bỉ. Ở dây, các nhà vật lí còn có thể lặp lại các thí nghiệm ban đầu về lí thuyết ma trận ngẫu nhiên tiến hành hồi thập niên 1970 tại trường Đại học Columbia, và xem các kết quả trên có còn đúng với các thiết bị và phương pháp phân tích hiện đại hay không.
Như Koehler giải thích, việc giải quyết vấn đề trên có thể có lợi ích cho các lò phản ứng hạt nhân. Các nhà khoa học dựa trên lí thuyết ma trận ngẫu nhiên để ước định xác suất giải thoát neutron va chạm với hạt nhân, và sử dụng những ước định này để xác định xem cần che chắn bao nhiêu cho lò phản ứng hạt nhân và các kho trữ khác. Mặc dù thường thì sự che chắn thêm là cần thiết, nhưng nếu có thêm nhiều lò phản ứng hạt nhân hơn sắp được xây dựng trong tương lai, thì việc có một ước tính chính xác cho sự che chắn bảo vệ sẽ là một tiêu chuẩn an toàn quan trọng.

Nguồn: PhysOrg.com