Pagaliau išspręsta branduolių „magiškų skaičių“ mįslė ()
Matematinis mikroskopo su kintama skiriamąja geba ekvivalentas paaiškino, kodėl kai kurie atomai yra ypač stabilūs – tai buvo mįslė, kuri branduolinėje fizikoje buvo neišspręsta dešimtmečius.
© Shutterstock/ktsdesign
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Specialus skaičių rinkinys dešimtmečiais buvo branduolinės fizikos tyrimų pagrindas, o dabar pagaliau žinome, kaip jis atsiranda iš branduolinių dalelių ir jėgų kvantinio mišinio.
Beveik prieš 80 metų fizikė Maria Goeppert Mayer parodė, kad kai atomo branduolys turi tam tikrą protonų ir neutronų skaičių, pavyzdžiui, 50 arba 82, jis tampa išskirtinai stabilus. Per daugelį metų mokslininkai surinko įrodymus apie daugiau tokių „stebuklingų skaičių“, kurie randami stabiliausiuose ir todėl gausiausiuose mūsų visatos elementuose.
Goeppert Mayer ir jos amžininkai aiškino šiuos skaičius tuo, kad protonai ir neutronai užima atskirus energijos lygius arba apvalkalus. Šis modelis, kuris vis dar naudojamas interpretuojant daugelį branduolinės fizikos eksperimentų, traktuoja kiekvieną branduolio dalelę kaip nepriklausomą, tačiau mūsų geriausios kvantinės teorijos teigia, kad dalelės branduolyje iš tiesų stipriai sąveikauja.
|
Jiangming Yao iš Sun Yat-sen universiteto Kinijoje ir jo kolegos išsprendė šį prieštaravimą ir tuo pačiu paaiškino, kaip iš šių sąveikų atsiranda magiškieji skaičiai.
Yao teigia, kad apvalkalo modelis remiasi eksperimentų duomenimis ir nekoduoja detalių apie kiekvienos dalelės sąveiką. Vietoje to, jis ir jo komanda pradėjo skaičiavimus nuo pirminių principų, tai reiškia, kad jie matematiškai aprašė, kaip dalelės sąveikauja tarpusavyje, kaip jos susijungia ir kiek energijos reikia, kad jos atsiskirtų.
Abu aprašymai yra analogiški atitinkamai žemos ir aukštos raiškos nuotraukoms, sako Yao. „Anksčiau žmonės tiesiogiai modeliuodavo sistemą žema raiška arba bandydavo suprasti branduolinę struktūrą aukšta raiška. Mes naudojome šiuolaikinius metodus šiuos aprašymus.“
Jis su kolegomis pradėjo nuo aukštos raiškos aprašymo, palaipsniui darydami jį vis miglotesnį kiekviename skaičiavimo etape ir stebėjo, kaip keitėsi dalelių suformuota struktūra.
Eidami per matematinį tiltą, mokslininkai pastebėjo, dalelių kvantinių būsenų simetrijos pokyčius – remiantis šių būsenų lygtimis nubrėžtas grafikas skirtingais skiriamaisiais gebėjimais duotų skirtingos simetrijos figūras. Šis pokytis lėmė tokią branduolio struktūrą, kad jis pasiekė didžiausią stabilumą, kai jo dalelės susibūrė į magiškus skaičius.
Jean-Paul Ebran iš Prancūzijos alternatyvios energijos ir atominės energijos komisijos sako, kad šis darbas yra teorinis tyrimas – tarsi matematinis mikroskopas – kuris atspindi eksperimentų veikimą. „Gamta atrodo skirtingai, priklausomai nuo to, kokia skiriamąja geba naudojama stebėjimui. Šis [tyrimas] tikrai atitinka tai, ką mes darome eksperimentuose.“
Mokslininkų nustatytas simetrijos pokytis yra susijęs su efektais, aprašytais Alberto Einšteino specialiojoje reliatyvumo teorijoje, taip pateikdama dar išsamesnį vaizdą, kaip magiški skaičiai sujungia skirtingus branduolinės teorijos aspektus, sako Ebran.
Iki šiol mokslininkai savo teorinius darbus išbandė su dvigubai magišku alavo tipu, nes jo branduoliai turi po 50 protonų ir 82 neutronus, taip pat su keliais papildomais branduoliais. Ateityje jie nori išplėsti savo analizę į sunkesnius atomų branduolius, kurie paprastai yra nestabilūs, ir tirti procesus, kuriais sunkūs branduoliai yra sukurti sprogstančiose žvaigždėse arba susiliejančiose neutroninėse žvaigždėse, sako Yao.
Žurnalo nuoroda:
Physical Review Letters DOI: 10.1103/8lzc-j1lx
Karmela Padavic-Callaghan
www.newscientist.com
.png)
