Demandez à un expert - Numéro 1 - "Demandez à un physicien des particules« Avec Jeanne Wilson Dr

Ceci est le premier d'une série d'articles où l'écrivain de science-Victoria Neblik demande aux experts des réponses simples à des conditions de vie les plus dures et plus fondamentale des questions. Aujourd'hui, nous plonger dans la physique des particules en posant trois questions sur la radioactivité, notre expert Dr Jeanne Wilson.

Le Dr Wilson est un ancien professeur de physique à l'Oriel College d'Oxford et commence un poste d'assistant du Queen Mary, Université de Londres l'année prochaine. Elle a étudié la physique à Sheffield et Universités d'Oxford, au Royaume-Uni et spécialisée dans la physique du neutrino.

VN) Je me demandais pourquoi les particules alpha sont les plus importants sous forme de rayonnement? Sont plus grandes particules théoriquement possible, mais seulement se produire avec un très, très, très longue demi-vie ou à des niveaux d'énergie beaucoup plus élevés ou plus bas que dans l'univers que nous faisons l'expérience il?

JW) Les particules alpha sont des noyaux d'hélium en fait - ils sont constitués de deux protons et deux neutrons, une particule stable. La décroissance radioactive se produit parce que le processus d'émission du rayonnement libère de l'énergie en laissant les produits dans une configuration plus stable que ce que vous avez commencé avec. Vous commencez avec un noyau avec une énergie intrinsèque (comme la célèbre équation d'Einstein nous dit - l'énergie est reliée à la masse) et vous vous retrouvez avec un nouveau noyau et une particule alpha qui, ensemble, ont une plus faible énergie intrinsèque. Toutefois, pour ce faire vous devez négocier la barrière d'énergie "assurée par la force que détient noyaux ensemble.

L'énergie à enjamber cet obstacle pourrait être assurée par un processus externe, comme une collision avec une autre particule, mais dans le cas de la désintégration radioactive spontanée de la barrière n'est pas enjambé, mais troué. Ce phénomène est appelé "effet tunnel quantique» et est due au comportement ondulatoire des particules. En physique quantique, l'onde décrit la probabilité d'une particule d'être dans un certain endroit avec une certaine énergie. Si la barrière est assez étroit, la fonction d'onde s'étend de l'autre côté de la barrière et il ya une faible possibilité que l'alpha s'échappe du noyau.

En principe, vous pourriez communiqué plus quelque chose de plus une particule alpha, mais ensuite la barrière d'énergie est beaucoup plus grand et donc effet tunnel quantique est beaucoup moins probable. Ce processus est une forme de désintégration radioactive, appelée la fission spontanée, et ne peut se produire pour des noyaux très lourds.

VN) affecte spin nucléaire radioactivité / activité spécifique / taux de désintégration nucléaire?

JW) En physique quantique, spin décrit le moment cinétique intrinsèque à un organisme, plutôt que de moment cinétique orbital. Le spin d'un noyau dépend de ses composantes - les neutrons et les protons. Ces deux ont une valeur de spin de 1 / 2 et peut être mise en rotation ou spin-down. L'état de plus basse énergie pour un noyau, et donc, le plus stable est quand le haut et le bas des neutrons et des protons de haut en bas sont tous regroupés par paire. Par conséquent, les noyaux avec un nombre pair de protons et même nombres de neutrons sont plus stables et ceux qui ont le même nombre de neutrons et les protons sont les plus stables. S'il ya trop de neutrons ou de protons trop l'énergie de liaison du noyau est faible et il peut se désintégrer facilement.

VN) Bismuth est techniquement radioactifs, mais décroît que très lentement, selon les recherches citées sur Wikipédia, c'est la demi-vie est de 1,9 x 10 au 19 ans: plus d'un milliard de fois plus long que l'âge actuel estimé de l'univers - Je me demandais si tous les éléments radioactifs sont techniquement, juste que leur demi-vie est incroyablement longue ... et comment peut-on recherche?

JW) La radioactivité est un processus aléatoire et nous ne pouvons penser statistiquement. Vous ne pouvez jamais savoir quand une particule donnée va à la pourriture, mais nous pouvons définir la probabilité qu'il se décomposera sur une période donnée. La demi-vie est défini comme le temps qu'il faut pour que la moitié des atomes d'un échantillon à la pourriture. Certains se décomposera beaucoup plus rapidement, et certains seront encore là après des périodes de demi-vie beaucoup. Le nombre d'atomes restant dans un échantillon radioactif suit une courbe exponentielle qui s'étend à l'infini - jamais tout à fait atteint zéro.

Dans mon domaine de la physique des particules, ce sont ces atomes radioactifs à vie longue comme le bismuth-209 qui sont les plus dangereuses. Si elles sont présentes dans notre expérience, ils pourraient à tout moment de désintégration produire des signaux qui pourraient imiter les désintégrations d'autres que nous recherchons. Il ya environ 3x10 pour les 21 noyaux dans un seul gramme de bismuth-209 et en un an, environ 100 de ces aura décru. Cela peut sembler beaucoup, mais c'est assez pour gâcher une expérience sensible.

Nous avons mesuré les processus avec la demi-vie de plus de 10 à 20 ans. Nous pouvons faire ces mesures en raison de la nature exponentielle de la décadence - il vous suffit de démarrer avec un noyau assez et attendre assez longtemps. Bien sûr, il est très difficile - pour trouver un peu de désintégrations par an à partir de plusieurs kilogrammes de matériel de votre échantillon doit être très pur contraire d'autres isotopes radioactifs peuvent mimer les désintégrations que vous recherchez.

Ainsi, techniquement oui, tous les éléments susceptibles d'être radioactifs à un certain niveau, mais la demi-vie devrait être incroyablement longue autrement que nous avions déjà les connaître. La recherche de désintégrations rares est un champ entier de la physique nucléaire.

VN) Je tiens à remercier le Dr Wilson d'être expert d'aujourd'hui. Si vous êtes un professeur de physique ou de chargé de cours, s'il vous plaît n'hésitez pas à faire des copies multiples d'impression de cet article pour vos étudiants / élèves et / ou des discussions en classe.

cet article est traduisé en francais
l'origine de cet article (en anglai): http://ezinearticles.com/?Ask-an-Expert---Number-1---Ask-a-Particle-Physicist-With-Dr-Jeanne-Wilson&id=2863026