اسرار جهان در زیر پوست هسته اتمی فاش شد/ تفاوت اندازه غیرقابل تصور بین هسته اتمی ایزوتوپ و یک ستاره نوترونی

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از (سای تک دیلی)، هنگامی که یک ستاره می‌میرد، پایان خشونت آمیز می‌تواند منجر به تولد یک ستاره نوترونی شود. ستاره‌های نوترونی وزن‌های واقعی در کیهان هستند - یک قاشق چای‌خوری از جرم آسمانی چند کیلومتری یک میلیارد تن وزن دارد.

تفاوت اندازه غیرقابل تصوری بین هسته اتمی ایزوتوپ سرب-۲۰۸ و یک ستاره نوترونی وجود دارد، اما عمدتاً همان فیزیک است که خواص آن‌ها را توصیف می‌کند. اکنون محققان Chalmers یک مدل محاسباتی جدید برای مطالعه هسته اتمی سرب ایجاد کرده اند. ۱۲۶ نوترون (قرمز) در هسته یک پوشش بیرونی را تشکیل می‌دهند که می‌توان آن را پوست توصیف کرد.

اینکه پوست چقدر ضخیم است به نیروی قوی آن مرتبط است. با پیش‌بینی ضخامت پوست نوترونی، دانش می‌تواند در مورد نحوه عملکرد نیروی قوی - هم در هسته‌های اتمی و هم در ستاره‌های نوترونی - افزایش یابد.

اعتقاد بر این است که برخورد ستارگان نوترونی عظیم در فضا می‌تواند فلزات گرانبهایی مانند طلا و پلاتین را ایجاد کند. اگرچه خواص این ستارگان هنوز یک معما است، پاسخ ممکن است در زیر پوست یکی از کوچکترین بلوک‌های ساختمانی روی زمین - هسته اتمی سرب - نهفته باشد. بدست آوردن هسته اتم برای فاش کردن اسرار نیروی قوی حاکم بر درون ستارگان نوترونی دشوار است. اکنون یک مدل کامپیوتری جدید از دانشگاه صنعتی چالمرز در سوئد، می‌تواند پاسخ‌هایی را ارائه دهد.

محققان چالمرز در مقاله‌ای که اخیراً در مجله علمی Nature Physics منتشر شده است، پیشرفتی در محاسبه هسته اتمی عنصر سنگین و پایدار سرب ارائه کرده‌اند.

نیروی قوی نقش اصلی را ایفا می‌کند

علیرغم تفاوت اندازه بسیار زیاد بین یک هسته اتمی میکروسکوپی و یک ستاره نوترونی به اندازه چندین کیلومتر، اساساً همان فیزیک است که بر خواص آن‌ها حاکم است. مخرج مشترک نیروی قوی است که ذرات - پروتون‌ها و نوترون‌ها - را در یک هسته اتمی کنار هم نگه می‌دارد. همین نیرو همچنین از فروپاشی یک ستاره نوترونی جلوگیری می‌کند. اگرچه نیروی قوی در جهان بنیادی است، اما گنجاندن آن در مدل‌های محاسباتی دشوار است.

این امر به ویژه در مورد هسته‌های اتمی غنی از نوترون سنگین مانند سرب صادق است. بنابراین، دانشمندان در محاسبات چالش برانگیز خود با بسیاری از سوالات بی پاسخ دست و پنجه نرم کرده اند.

روشی قابل اعتماد برای انجام محاسبات

برای درک اینکه چگونه نیروی قوی در ماده غنی از نوترون کار می‌کند، ما نیاز به مقایسه معنی دار بین تئوری و آزمایش داریم. علاوه بر مشاهدات انجام شده در آزمایشگاه‌ها و با تلسکوپ، شبیه سازی‌های نظری قابل اعتماد نیز مورد نیاز است. آندریاس اکستروم، یکی از نویسندگان اصلی مقاله و دانشیار دپارتمان فیزیک در چالمرز، می‌گوید: پیشرفت ما به این معنی است که ما توانسته ایم چنین محاسباتی را برای سنگین‌ترین عنصر پایدار - سرب انجام دهیم.

مدل کامپیوتری جدید چالمرز که به همراه همکارانش در آمریکای شمالی و انگلیس توسعه یافته است، اکنون راه رو به جلو را نشان می‌دهد. پیش‌بینی دقیق خواص ایزوتوپ* سرب-۲۰۸ و به اصطلاح پوست نوترونی آن را ممکن می‌سازد.

ضخامت پوست مهم است

این ۱۲۶ نوترون در هسته اتم هستند که یک پوشش بیرونی را تشکیل می‌دهند که می‌توان آن را پوست توصیف کرد. اینکه پوست چقدر ضخیم است به خواص نیروی قوی مرتبط است. با پیش‌بینی ضخامت پوست نوترونی، دانش می‌تواند در مورد نحوه عملکرد نیروی قوی - هم در هسته‌های اتمی و هم در ستاره‌های نوترونی - افزایش یابد.

ما پیش‌بینی می‌کنیم که پوست نوترون به طرز شگفت‌آوری نازک است، که می‌تواند بینش جدیدی در مورد نیروی بین نوترون‌ها ارائه دهد. یکی از جنبه‌های پیشگامانه مدل ما این است که نه تنها پیش بینی‌ها را ارائه می‌دهد، بلکه توانایی ارزیابی حاشیه‌های نظری خطا را نیز دارد. کریستین فورسن، رهبر پژوهش، پروفسور دپارتمان فیزیک در چالمرز، می‌گوید: این برای پیشرفت علمی بسیار مهم است.

مدل مورد استفاده برای گسترش ویروس کرونا

برای توسعه مدل محاسباتی جدید، محققان نظریه‌ها را با داده‌های موجود از مطالعات تجربی ترکیب کرده اند. سپس محاسبات پیچیده با روش آماری که قبلاً برای شبیه‌سازی شیوع احتمالی ویروس کرونا استفاده می‌شد، ترکیب شده‌اند.

با مدل جدید سرب، اکنون می‌توان مفروضات مختلفی را در مورد نیروی قوی ارزیابی کرد. این مدل همچنین امکان پیش‌بینی برای سایر هسته‌های اتمی، از سبک‌ترین تا سنگین‌ترین، را فراهم می‌کند.

این پیشرفت می‌تواند به مدل‌های بسیار دقیق‌تر، برای مثال، ستاره‌های نوترونی و افزایش دانش در مورد چگونگی شکل‌گیری آن‌ها منجر شود.

"هدف برای ما این است که درک بیشتری از نحوه رفتار نیروی قوی هم در ستارگان نوترونی و هم در هسته‌های اتمی به دست آوریم. کریستین فورسن می‌گوید که این تحقیق یک قدم به درک چگونگی ایجاد طلا و سایر عناصر در ستارگان نوترونی نزدیک‌تر می‌شود و در پایان کار درباره درک جهان است.