واانگیختگی هسته‌ای بر اثر پاریدگی

بخش بزرگی از درک امروزی ما در مورد هسته، از مطالعۀ خواص واپاشی هسته‌ها‌ی پرتوزا یا برانگیخته به دست می‌آید. در واقع، کشف تابش‌های گسیلیده از هسته‌های «پرتوزا»ی درازـ عمر، خیلی جلوتر از تکوین مفهوم هستۀ اتم صورت گرفت. اَشکال کلاسیک تابش هسته‌ای را با عنوان‌های تابش آلفا، بتا و گاما می‌شناسند که به ترتیب متناظرند با گسیل هسته‌های (_^4)H، الکترون‌ها یا پوزیترون‌ها، و فوتون‌ها از هستۀ پرتوزا. علاوه بر آن در حدود نیم قرن پیش، واپاشی شکافت در هسته‌های سنگین کشف شد. در این فرآیند، هستۀ ناپایدار به دو پارۀ سنگین با جرم‌های قابل مقایسه تقسیم می‌شود. این تصویر کلی از واپاشی هسته‌ای، در طی سی سال گذشته، تغییراتی اندک داشته است. با افزایش انرژی برانگیختگی هستۀ اتمی به چند ده MeV، گسیل پرتو گاما، نوترون، پروتون و ذرۀ آلفا و شکافت هسته‌ای به صورت مدهای واپاشی غالب درمی‌آیند. در انرژی‌های برانگیختگی بالاتر، ایزوتوپ‌های گوناگون هیدروژن و هلیوم نیز ممکن است به عنوان فراورده‌های واپاشی گسیل شوند.
آزمایش‌های اخیر نشان می‌دهند که طیف ذرات گسیلیده از هسته‌های با برانگیختگی چند صد MeV، ممکن است انواع هسته‌ای بسیار سنگین‌تر از هسته‌های هلیوم، و در عین حال، بسیار سبک‌تر از شکافت‌ ـ پاره‌های نوعی را دربربگیرد، که هسته‌های اکسیژن و گوگرد نمونه‌هایی از آن‌ها هستند. گسیل یک چنین هسته‌های میان ‌ـ جرم در واکنش‌های «تلاشی»، که از فروکوبی هسته‌های سنگین هدف توسط پروتون‌های با انرژی نسبیتی حاصل می‌شوند، بیش از ده سال پیش مشاهده شد (پاسکانزر و دیگر ). مقدار انرژی واگذار شده به هستۀ سنگین هدف در چنان انرژی‌هایی معلوم نیست و گمان می‌رفت که در پی فرود پروتون نسبیتی، هسته خرد یا تکه‌تکه می‌شود. اخیراً نیز در آزمایش‌هایی که با باریکه‌های یون سنگین نسبیتی در شتاب‌دهندۀ بوالاک برکلی انجام شد، گسیلِ پاره‌های میان‌ـ جرم مشاهده شد که منشأ آن‌ها را در گروه گسترده‌تری از واکنش‌های هسته‌ای نشان می‌داد (گوتبراد و دیگر ).
طی سال گذشته، چند پژوهش نظری به این نتیجه رسیدند که گسیل پاره‌های میان ‌ـ جرم می‌باید خاصیت کلی‌تری از واپاشی هسته‌های با برانگیختگی زیاد باشد (فریدمان و دیگر). چنان‌چه «دما»ی یک هسته تا حدود 5 تا 10MeV (معادل با حدود 50ـ100 میلیارد درجه) بالا برده شود، سرد شدن آن مستلزم نه تنها گسیل ذره‌های سبک، مانند ایزوتوپ‌های هیدروژن یا هلیوم، بلکه هم‌چنین گسیل هسته‌های سنگین‌تری مانند کربن، اکسیژن، نئون و غیره است. به نظر می‌رسد که این پیش‌بینی‌های کیفی در آزمایشی که اخیراً در سیکلوترون ابر رسانشی جدید دانشگاه ایالتی میشیگان انجام گرفته است تأیید شده باشد (چیتوود و دیگر). در بمباران هسته‌های هدف نقره و طلا توسط پرتابه‌های کربنی با انرژی فرودی 15 و 30MeV بر نوکلئون، رسیدن به دمای هسته‌ای بیشینه‌ای در حدود 10MeV ممکن نیست. چنان‌چه تمام نوکلئون‌های درون پرتابه و هدف در انرژی برانگیزش موجود سهیم شوند، در این واکنش‌ها دماهایی بین 3/5 و 6/5MeV حاصل خواهد شد. بررسی‌ها نشان دادند که احتمال گسیل پاره‌های میان ‌ـ جرم در عمل قابل توجه است. در عین حال، طیف انرژی و توزیع زاویه‌ای ذره‌های گسیلیده قویاً دال بر آنند که هسته‌ها پیش از واپاشی به پیکربندی ترازمند خود نمی‌رسند. واپاشی با گسیل ذره، پیش از توزیع سراسری انرژی برانگیزش در هسته، آغاز می‌شود. مطالعۀ این پدیده‌های جدید واپاشی، سرانجام می‌تواند بینش‌های نوینی در ارتباط با خواص مادۀ هسته‎ای در دماهای بسیار بالا، که محتملاً در خلال مراحل اولیۀ عالم و یا در انفجارهای ابر نواختری وجود داشته است، فراهم کند. هم اکنون چند شتاب‌دهندۀ جدید در دست ساختمان و یا آمادۀ راه‌اندازی‌اند که به شایستگی پاسخ‌گوی این پژوهش‌ها خواهند بود.