Se crede că ciocnirea stelelor neutronice creează metale prețioase precum aurul și platina. Caracteristicile acestor stele rămân un mister, dar soluția ar putea fi găsită în nucleul atomic de plumb, unul dintre cele mai mici blocuri de construcție de pe Pământ. S-a dovedit o provocare să dezvăluie secretele forței vitale care controlează interioarele stelelor neutronice din nucleul atomului.
Un nou studiu de la Universitatea de Tehnologie din Chalmers, Suedia, poate oferi răspunsurile. Folosind un model computerizat, studiul prezintă o descoperire în calcularea nucleului atomic al elementului greu și stabil plumb.
Modelul, dezvoltat împreună cu colegii din America de Nord și Anglia, arată acum calea de urmat. Acesta permite predicții de înaltă precizie ale proprietăților pentru izotopul* plumb-208 și așa-numita „pielea neutronica” a acestuia.
Chiar dacă dimensiunea unei stele neutronice este cu mulți kilometri mai mare decât a unei nucleul atomic, proprietățile sale sunt în general guvernate de aceeași fizică. Numitorul comun este forța vitală care leagă protoni și neutroni unul față de celălalt într-un nucleu atomic. O stea neutronică este, de asemenea, împiedicată să se prăbușească prin aceeași forță. În ciuda faptului că este o componentă fundamentală a cosmosului, forța vitală este dificil de luat în considerare în modelele computerizate, mai ales când vine vorba de nuclee atomice grele, bogate în neutroni, cum ar fi plumbul. Drept urmare, calculele complexe ale cercetătorilor i-au lăsat să se lupte cu multe probleme nerezolvate.
Pentru a înțelege cum funcționează forța puternică în materia bogată în neutroni, oamenii de știință au nevoie de comparații semnificative între teorie și experiment, observațiile făcute în laboratoare și cu telescoape și simulări teoretice fiabile.
Andreas Ekström, profesor asociat la Departamentul de Fizică de la Chalmers și unul dintre principalii autori ai articolului, a spus: „Descoperirea noastră înseamnă că am reușit să realizăm astfel de calcule pentru cel mai greu element-plumb stabil.”
Cercetătorii au fuzionat teoriile cu date preexistente din studii experimentale pentru a crea un nou model de calcul. După aceea, o metodă statistică folosită anterior pentru a simula răspândirea potențială a coronavirusului a fost combinată cu calcule complexe.
Acum este posibil să se evalueze mai multe ipoteze de forță puternică folosind noul model pentru plumb. Predicțiile pentru diferite nuclee atomice, de la cel mai slab la cel mai greu, pot fi făcute și folosind modelul.
Cei 126 de neutroni care alcătuiesc un nucleu atomic creează învelișul exterior al atomului, sau pielea. Proprietățile forței vitale sunt legate de grosimea pielii. Înțelegerea funcționării forței vitale, atât în nucleele atomice, cât și în stelele neutronice, poate fi îmbunătățită prin anticiparea grosimea pielii neutronilor.
Liderul cercetării Christian Forssén, profesor la Departamentul de Fizică de la Chalmers, a spus: „Prevecem că pielea neutronilor este surprinzător de subțire, ceea ce poate oferi noi perspective asupra forței dintre neutroni. Un aspect revoluționar al modelului nostru este că oferă predicții și poate evalua marjele de eroare teoretice. Acest lucru este crucial pentru a putea face progres științific.”
„Descoperirea ar putea duce la modele mai precise, de exemplu, de stele neutronice și la o cunoaștere sporită a modului în care acestea se formează.”
„Scopul nostru este să înțelegem mai bine cum se comportă forța puternică în stelele neutronice și nucleele atomice. Este nevoie de cercetare cu un pas mai aproape de înțelegerea modului în care, de exemplu, aurul și alte elemente ar putea fi create în stelele neutronice – și, la sfârșitul zilei, este vorba despre înțelegerea universului.”
Referința jurnalului:
- Hu, B., Jiang, W., Miyagi, T. şi colab. Predicțiile ab initio leagă pielea neutronică a 208Pb de forțele nucleare. Nat. Fizic. 18, 1196–1200 (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01715-8
