Trijų nukleonų sąveika: džiaugsmas archeologams ir kančia fizikams (8)
Ilgas ir lėtas radioaktyvaus anglies izotopo 14C skilimas leidžia archeologams tiksliai nustatyti radinių amžių, jeigu jis neviršija 60 tūkstančių metų. Nors anglies datavimo metodas yra gerai žinomas ir tiksliai išaiškintas (paprastai kaulų amžiui nustatyti matuojamas 14C ir kitų anglies izotopų santykis), vis dar nesuprasta, kodėl 14C skyla taip lėtai.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Kodėl 14C pusėjimo trukmė (laikas, kurio reikia, kad bandinyje suskiltų pusė esančių branduolių) siekia apie 6 tūkstančius metų, kai tuo tarpu kitų lengvųjų branduolių vos kelias minutes ar tik sekundes?
„Tai kelis dešimtmečius branduolinės fizikos specialistams buvo neįmenama mįslė, – teigia Ajovos valstybinio universiteto (JAV) fizikos ir astronomijos profesorius Džeimsas Varis (James Vary). – Viso to priežastis pasirodė esanti ganėtinai egzotiška“.
Tokią ilgą 14C pusėjimo trukmę lemia kiekvieno 14C branduolyje veikiančios stiprios trijų nukleonų (neutrono arba protono) jėgos. Svarbiausios yra vienu metu tarp bet kurių trijų nukleonų veikiančios sąveikos ir jų įtaka 14C skilimui. Tačiau sumodeliuoti tokį procesą – toli gražu ne juokų darbelis.
Šiuo konkrečiu atveju prireikė apie 30 milijonų procesoriaus darbo valandų „Jaguar“ superkompiuteryje, esančio Ouk Ridžo nacionalinėje laboratorijoje Tenesyje (JAV). Šis superkompiuteris gali atlikti 2.3 kvadrilijonų (1015) skaičiavimo operacijų per sekundę – tokia sparta, kuomet buvo atliekami 14C modeliavimo darbai, leido šiam galiūnui atsidurti pirmojoje 500 galingiausių pasaulio superkompiuterių vietoje.
Gauti rezultatai publikuoti žurnale „Physical Review Letters“.
Dž. Varis kartu su kitu Ajovos valstybinio universiteto mokslininku Piteriu Marisu (Pieter Maris) yra pagrindiniai išspausdinto straipsnio autoriai. Prie šių tyrėjų taip pat prisidėjo Kanados nacionalinės dalelių ir branduolinės fizikos laboratorijos Vankuveryje, Lorenco Livermoro nacionalinės laboratorijos Kalifornijoje bei Ouk Ridžo nacionalinės laboratorijos (abi JAV) atstovai.
Dž. Varis, aiškindamas rezultatus, mėgsta priminti, jog dvi subatominės dalelės, turinčios priešingus krūvio ženklus, viena kitą traukia. Tuo tarpu to paties krūvio ženklo dalelės viena kitą stumia. O kas nutinka, kuomet sąveikauja trys dalelės – juk tai skiriasi nuo paprastos sąveikos poromis?
Stipri trijų nukleonų tarpusavio sąveika yra sudėtinga, tačiau ji gerokai pratęsia 14C atomų skilimo trukmę.
„Visa istorija nepaaiškėja, kol nėra įtraukiamas trijų dalelių tarpusavio jėgos, – pasakoja mokslininkas. – Sudėtingos trijų nukleonų tarpusavio jėgos daug prisideda prie ilgos 14C pusėjimo trukmės“.
Pasak P. Mariso, trijų dalelių tarpusavio jėgos, veikdamos kartu, panaikina didžiausią įtaką 14C skilimui darantį porinių jėgų poveikį. Todėl 14C pusėjimo trukmė išauga daugybę kartų ir anglis – 14 tampa nepakeičiama, nustatinėjant sąlyginai nesenų fosilijų amžių.
Tam, kad gautų šį atsakymą, tyrėjams prireikė sudaryti milijardinių matmenų skaičiavimo matricą ir kompiuterio, galinčio susitvarkyti su 30 trilijonų nenulinių elementų. Taip pat prireikė parašyti kompiuterinę programą, galinčią sumodeliuoti visą 14C branduolį kartu visomis veikiančiomis trijų nukleonų tarpusavio sąveikomis. Palyginimui teko atlikti atitinkamus skaičiavimus su azotu – 14, kuris yra antrinis 14C skilimo branduolys. Ir, žinoma, teko išsiaiškinti, kaip visus algoritmus pritaikyti „Jaguar“ superkompiuterio architektūrinėms ypatybėms.
„Tai buvo šešių mėnesių darbas suspaustas į tris mėnesius“, – teigia P. Marisas.
Tačiau tiek užteko, kad branduolinės fizikos specialistai paaiškintų ilgai trunkantį 14C skilimą. Vis dėlto tyrėjai neketina sustoti.
„Dabar visi žino apie trijų nukleonų tarpusavio jėgas, – sako mokslininkas. – O kaip dėl keturių nukleonų tarpusavio sąveikų? Tai atveria duris naujiems tyrimams“.
