Считается, что при столкновении нейтронных звезд образуются драгоценные металлы, такие как золото и платина. Характеристики этих звезд остаются загадкой, но решение можно найти в атомном ядре свинца, одном из самых крошечных строительных блоков на Земле. Оказалось сложной задачей раскрыть секреты жизненной силы, которая контролирует недра нейтронной звезды в ядре атома.
Новое исследование от Технологический университет Чалмерса, Швеция, может предложить ответы. Используя компьютерную модель, исследование представляет собой прорыв в расчете атомного ядра тяжелого и стабильного элемента свинца.
Модель, разработанная с коллегами из Северной Америки и Англии, теперь указывает путь вперед. Он позволяет с высокой точностью прогнозировать свойства изотопа* свинца-208 и его так называемой «нейтронной кожи».
Несмотря на то, что размер нейтронной звезды на много километров превышает размер атомное ядро, его свойства обычно регулируются той же физикой. Общим знаменателем является жизненная сила, которая связывает протоны и нейтроны друг к другу в атомном ядре. Та же сила предотвращает коллапс нейтронной звезды. Несмотря на то, что жизненная сила является фундаментальным компонентом космоса, ее сложно учесть в компьютерных моделях, особенно когда речь идет о тяжелых, богатых нейтронами атомных ядрах, таких как свинец. В результате сложные расчеты исследователей оставили множество нерешенных вопросов.
Чтобы понять, как действует сильное взаимодействие в веществе, богатом нейтронами, ученым нужны осмысленные сравнения между теорией и экспериментом, наблюдения, сделанные в лабораториях и с помощью телескопов, а также надежные теоретические модели.
Андреас Экстрем, доцент кафедры физики в Чалмерсе и один из основных авторов статьи, сказал: «Наш прорыв означает, что мы смогли провести такие расчеты для самого тяжелого стабильного элемента — свинца».
Исследователи объединили теории с уже существующими данными экспериментальных исследований, чтобы создать новую вычислительную модель. После этого статистический метод, ранее использовавшийся для моделирования потенциального распространения коронавируса, был объединен со сложными расчетами.
Теперь можно оценить несколько гипотез сильного взаимодействия, используя новую модель свинца. С помощью модели также можно делать прогнозы для различных атомных ядер, от самых слабых до самых тяжелых.
126 нейтронов, из которых состоит атомное ядро, создают внешнее покрытие атома, или кожу. Свойства жизненной силы связаны с толщиной кожи. Понимание действия жизненной силы как в атомных ядрах, так и в нейтронных звездах можно улучшить, если предвидеть толщина нейтронной оболочки.
Руководитель исследования Кристиан Форссен, профессор кафедры физики в Чалмерсе, сказал: «Мы предсказываем, что оболочка нейтрона удивительно тонкая, что может дать новое представление о силе между нейтронами. Новаторским аспектом нашей модели является то, что она дает прогнозы и может оценивать теоретические пределы погрешности. Это имеет решающее значение для достижения научного прогресса».
«Прорыв может привести к более точным моделям, например, нейтронных звезд и расширению знаний о том, как они образуются».
«Наша цель — лучше понять, как сильное взаимодействие ведет себя в нейтронных звездах и атомных ядрах. Это делает исследование еще на один шаг ближе к пониманию того, как, например, золото и другие элементы могут быть созданы в нейтронных звездах, и, в конце концов, речь идет о понимании Вселенной».
Справочник журнала:
- Ху Б., Цзян В., Мияги Т. и соавт. Предсказания ab initio связывают нейтронную оболочку 208Pb с ядерными силами. Туземный Phys. 18, 1196–1200 (2022). ДОИ: 10.1038/s41567-022-01715-8
