Вважається, що зіткнення нейтронних зірок призводить до утворення дорогоцінних металів, таких як золото і платина. Характеристики цих зірок залишаються загадкою, але розгадку можна знайти в атомному ядрі свинцю, одному з найдрібніших будівельних блоків на Землі. Розкрити таємниці життєвої сили, яка контролює нутрощі нейтронної зірки в ядрі атома, виявилося складним завданням.
Нове дослідження від Технологічний університет Чалмерса, Швеція, може запропонувати відповіді. Використовуючи комп’ютерну модель, це дослідження є проривом у обчисленні атомного ядра важкого та стабільного елемента свинцю.
Модель, розроблена спільно з колегами з Північної Америки та Англії, тепер показує шлях вперед. Це дозволяє високоточні прогнози властивостей ізотопу* свинцю-208 і його так званої «нейтронної оболонки».
Навіть незважаючи на те, що розміри нейтронної зірки на багато кілометрів більші за атомне ядро, його властивості, як правило, регулюються тією ж фізикою. Спільним знаменником є життєва сила, яка зв’язує протони та нейтронів один одному в атомному ядрі. Нейтронна зірка також перешкоджає колапсу тієї ж сили. Незважаючи на те, що життєва сила є фундаментальним компонентом у космосі, життєву силу складно врахувати в комп’ютерних моделях, особливо коли йдеться про важкі, багаті нейтронами атомні ядра, такі як свинець. У результаті складні розрахунки дослідників поставили їх перед багатьма невирішеними питаннями.
Щоб зрозуміти, як діє сильна сила в багатій на нейтрони матерії, вченим потрібні змістовні порівняння між теорією та експериментом, спостереження, зроблені в лабораторіях і за допомогою телескопів, і надійне теоретичне моделювання.
Андреас Екстрем, доцент кафедри фізики Чалмерса та один із головних авторів статті, сказав: «Наш прорив означає, що ми змогли провести такі розрахунки для найважчого стабільного елемента — свинцю».
Дослідники об’єднали теорії з уже існуючими даними експериментальних досліджень, щоб створити нову обчислювальну модель. Після цього статистичний метод, який раніше використовувався для моделювання потенційного поширення коронавірусу, поєднали зі складними розрахунками.
Тепер можна оцінити кілька гіпотез сильної сили за допомогою нової моделі для свинцю. За допомогою моделі також можна зробити прогнози для різних атомних ядер, від найслабших до найважчих.
126 нейтронів, які утворюють атомне ядро, утворюють зовнішню оболонку атома. Властивості життєвої сили пов'язані з товщиною шкіри. Розуміння роботи життєвої сили як в атомних ядрах, так і в нейтронних зірках можна покращити, передбачивши товщина нейтронної оболонки.
Керівник дослідження Крістіан Форссен, професор кафедри фізики Чалмерса, сказав: «Ми передбачаємо, що нейтронна оболонка напрочуд тонка, що може дати нове розуміння сили між нейтронами. Новаторським аспектом нашої моделі є те, що вона забезпечує передбачення та може оцінити теоретичні межі похибки. Це вкрай важливо для досягнення наукового прогресу».
«Прорив може призвести до більш точних моделей, наприклад, нейтронних зірок, і розширити знання про те, як вони утворюються».
«Наша мета — краще зрозуміти, як сильна сила поводиться в нейтронних зірках і атомних ядрах. Це робить дослідження на крок ближче до розуміння того, як, наприклад, золото та інші елементи можуть бути створені в нейтронних зірках, і, зрештою, це стосується розуміння Всесвіту».
Довідка з журналу:
- Ху, Б., Цзян, В., Міягі, Т. та ін. Прогнози ab initio пов’язують нейтронну оболонку 208Pb з ядерними силами. Нац. фіз. 18, 1196–1200 (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01715-8
