Малоизученная сила помогает сохранять стабильность ядер атомов: что выяснили физики

Протоны и нейтроны вместе образуют стабильное ядро атома благодаря мощным взаимодействиям. В течение десятилетий двухнуклонная сила рассматривалась как основной игрок, который одновременно притягивает эти частицы и удерживает их от слишком близкого столкновения. Теперь же физики пришли к выводу, что малоизученная трехнуклонная сила также сильно влияет на стабильность ядер атомов. Исследование опубликовано в журнале Physics Letters B, пишет Earth.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Нуклонами являются протоны и нейтроны, из которых состоят ядра атомов. Эти элементарные частицы влияют на то, является ли химический элемент стабильным или склонным к распаду. По словам физиков, в ядре атомов действуют три силы:

• Сильное ядерное взаимодействие и электростатическая сила, которые вместе образуют двухнуклонную силу;
• Более слабая трехнуклонная сила.

Физики основывают нынешнее понимание структуры ядра атома на модели оболочки атомного ядра. В этой модели нуклоны заполняют определенные энергетические уровни, как это делают электроны, хотя лежащая в основе этого процесса физика более запутана.

Ядерные силы управляют тем, как атомы развиваются в недрах звезд, где создаются новые химические элементы с помощью термоядерного синтеза. Он обеспечивает производство более тяжелых атомов, которые в конечном итоге распространяются в космосе. Понимание того, как ядерные силы формируют этот процесс, может улучшить модели звездной эволюции и образования химических элементов.

Физики многие десятилетия потратили на то, чтобы создать модель работы двухнуклонной силы. Но трехнуклонная сила, которая действует, когда три нуклона взаимодействуют одновременно, остается малоизученной.

Авторы исследования выяснили, что эта дополнительная сила на удивление имеет большое значение для того, чтобы ядро атома оставалось стабильным. Физики использовали моделирование, чтобы увидеть, как эти взаимодействия изменяют уровни энергии внутри ядра атома.

Когда нуклоны выстраивают свои спины (собственный момент импульса) в соответствии со своим направлением движения, они переходят в состояние с более низкой энергией. Когда спины нуклонов не соответствуют их направлению движения, то частицы переходят в состояние с более высокой энергией.

Различные уровни энергии образуют оболочки ядра. Физики выяснили, что трехнуклонная сила увеличивает энергетический зазор между оболочками в более крупных ядрах атомов. Таким образом эта сила имеет почти такое же влияние на стабильность ядра атома, как и воздействие двухнуклонной силы.

Более тяжелые атомы имеют больше нуклонов, поэтому эти взаимодействия становятся еще более критическими. Если ядро атома ​​имеет стабильную структуру, то расположение большего количества нейтронов становится более сложным.

Когда в результате синтеза происходит создание химических элементов внутри звезд, то повышение стабильности в ядре затрудняет захват дополнительных нейтронов. В результате некоторые химические элементы могут образовываться медленнее или при особых условиях, говорят физики.

Результаты исследования могут повлиять на прогнозирование стабильности изотопов (разных версий химических элементов) и на понимание радиоактивного распада. Физики считают, что большее количество нуклонов, вероятно, еще больше усиливает трехнуклонную силу, возможно, делая некоторые ядра атомов более стабильными, чем предполагают текущие модели.

Как уже писал Фокус, новое исследование физиков бросает вызов главной модели Вселенной. Исследование предполагает, что Вселенная может расширяться не одинаково во всех направлениях, что ставит под сомнение космологический принцип.

Также Фокус писал о том, что ученые раскрыли секрет необычной физики квазипериодических кристаллов. Это твердые материалы с упорядоченной структурой, которая никогда точно не повторяется.