Úgy gondolják, hogy a neutroncsillagok ütközése során nemesfémek, például arany és platina keletkeznek. Ezeknek a csillagoknak a jellemzői továbbra is rejtélyek, de a megoldást az ólomatommagban, a Föld egyik legapróbb építőkövében lehet megtalálni. Nehéz feladatnak bizonyult az atommagban a neutroncsillagok belsejét irányító életerő titkainak feltárása.
Egy új tanulmány a Chalmers Műszaki Egyetem, Svédország, megadhatja a válaszokat. Számítógépes modell segítségével a tanulmány áttörést jelent a nehéz és stabil elem ólom atommagjának kiszámításában.
Az észak-amerikai és angliai kollégákkal közösen kifejlesztett modell most az előremutató utat mutatja. Lehetővé teszi az ólom-208 izotóp* és az úgynevezett „neutronbőr” tulajdonságainak nagy pontosságú előrejelzését.
Annak ellenére, hogy a neutroncsillag mérete sok kilométerrel nagyobb, mint egy atommag, tulajdonságait általában ugyanaz a fizika szabályozza. A közös nevező az életerő, amely összeköt protonok és a neutronok egymáshoz egy atommagban. A neutroncsillagot ugyanilyen erő megakadályozza az összeomlásban. Annak ellenére, hogy a kozmosz alapvető összetevője, az életerőt nehéz számba venni a számítógépes modellekben, különösen, ha nehéz, neutronban gazdag atommagokról van szó, mint például az ólom. Ennek eredményeként a kutatók összetett számításai miatt sok megoldatlan problémával küszködtek.
Ahhoz, hogy megértsék, hogyan működik az erős erő a neutronokban gazdag anyagokban, a tudósoknak értelmes összehasonlításra van szükségük az elmélet és a kísérlet között, a laboratóriumokban és teleszkópokkal végzett megfigyelések, valamint megbízható elméleti szimulációk.
Andreas Ekström, a Chalmers-i Fizikai Tanszék docense és a cikk egyik fő szerzője elmondta: „Áttörésünk azt jelenti, hogy ilyen számításokat tudtunk végezni a legnehezebb stabil elem-ólom esetében is.”
A kutatók egy új számítási modell létrehozása érdekében egyesítették az elméleteket a kísérleti vizsgálatok már meglévő adataival. Ezt követően a koronavírus lehetséges terjedésének szimulálására korábban alkalmazott statisztikai módszert komplex számításokkal kombinálták.
Az új ólommodell segítségével immár több erős erő hipotézis is értékelhető. A modell segítségével a leggyengébbtől a legnehezebbig különböző atommagokra is előrejelzéseket lehet készíteni.
Az atommagot alkotó 126 neutron alkotja az atom külső borítását vagy bőrét. Az életerő tulajdonságai a bőr vastagságához kapcsolódnak. Az életerő működésének megértése mind az atommagokban, mind a neutroncsillagokban javítható, ha előre látjuk a a neutronbőr vastagsága.
Christian Forssén, a kutatás vezetője, a Chalmers-i Fizikai Tanszék professzora elmondta: „Azt jósoljuk, hogy a neutronbőr meglepően vékony, ami új betekintést nyújthat a neutronok közötti erőbe. Modellünk úttörő aspektusa, hogy előrejelzéseket ad, és képes felmérni az elméleti hibahatárokat. Ez kulcsfontosságú a tudományos fejlődéshez.”
"Az áttörés pontosabb modellekhez vezethet például a neutroncsillagokról, és jobban megismerheti ezek keletkezésének módját."
„Az a célunk, hogy jobban megértsük, hogyan viselkedik az erős erő a neutroncsillagokban és az atommagokban. Ez egy lépéssel közelebb viszi a kutatást ahhoz, hogy megértsük, hogyan lehet például aranyat és más elemeket létrehozni a neutroncsillagokban – a nap végén pedig az univerzum megértéséhez.”
Journal Reference:
- Hu, B., Jiang, W., Miyagi, T. et al. Az ab initio előrejelzések a 208Pb neutronbőrét a nukleáris erőkkel kapcsolják össze. Nat. Phys. 18, 1196–1200 (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01715-8
