Маловивчена сила допомагає зберігати стабільність ядер атомів: що з'ясували фізики

Протони та нейтрони разом утворюють стабільне ядро атома завдяки потужним взаємодіям. Протягом десятиліть двопохилу силу розглядали як основного гравця, який одночасно притягує ці частинки й утримує їх від надто близького зіткнення. Тепер же фізики дійшли висновку, що маловивчена трипохила сила також сильно впливає на стабільність ядер атомів. Дослідження опубліковано в журналі Physics Letters B, пише Earth.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Нуклонами є протони та нейтрони, з яких складаються ядра атомів. Ці елементарні частинки впливають на те, чи є хімічний елемент стабільним або схильним до розпаду. За словами фізиків, у ядрі атомів діють три сили:

• Сильна ядерна взаємодія та електростатична сила, які разом утворюють двопохилу силу;
• Слабша трипохила сила.

Фізики засновують нинішнє розуміння структури ядра атома на моделі оболонки атомного ядра. У цій моделі нуклони заповнюють певні енергетичні рівні, як це роблять електрони, хоча фізика, що лежить в основі цього процесу, більш заплутана.

Ядерні сили керують тим, як атоми розвиваються в надрах зірок, де створюються нові хімічні елементи за допомогою термоядерного синтезу. Він забезпечує виробництво важчих атомів, які в кінцевому підсумку поширюються в космосі. Розуміння того, як ядерні сили формують цей процес, може поліпшити моделі зоряної еволюції та утворення хімічних елементів.

Фізики багато десятиліть витратили на те, щоб створити модель роботи двопохилої сили. Але тринуклонна сила, яка діє, коли три нуклони взаємодіють одночасно, залишається маловивченою.

Автори дослідження з'ясували, що ця додаткова сила напрочуд має велике значення для того, щоб ядро атома залишалося стабільним. Фізики використовували моделювання, щоб побачити, як ці взаємодії змінюють рівні енергії всередині ядра атома.

Коли нуклони вибудовують свої спіни (власний момент імпульсу) відповідно до свого напрямку руху, вони переходять у стан із нижчою енергією. Коли спіни нуклонів не відповідають їхньому напрямку руху, то частинки переходять у стан із вищою енергією.

Різні рівні енергії утворюють оболонки ядра. Фізики з'ясували, що трипохила сила збільшує енергетичний зазор між оболонками у більших ядрах атомів. Таким чином ця сила має майже такий самий вплив на стабільність ядра атома, як і вплив двопохилої сили.

Важчі атоми мають більше нуклонів, тому ці взаємодії стають ще більш критичними. Якщо ядро атома має стабільну структуру, то розташування більшої кількості нейтронів стає складнішим.

Коли внаслідок синтезу відбувається створення хімічних елементів усередині зірок, то підвищення стабільності в ядрі ускладнює захоплення додаткових нейтронів. У результаті деякі хімічні елементи можуть утворюватися повільніше або за особливих умов, кажуть фізики.

Результати дослідження можуть вплинути на прогнозування стабільності ізотопів (різних версій хімічних елементів) і на розуміння радіоактивного розпаду. Фізики вважають, що більша кількість нуклонів, імовірно, ще більше посилює тринуклонну силу, можливо, роблячи деякі ядра атомів більш стабільними, ніж припускають поточні моделі.

Як уже писав Фокус, нове дослідження фізиків кидає виклик головній моделі Всесвіту. Дослідження припускає, що Всесвіт може розширюватися не однаково в усіх напрямках, що ставить під сумнів космологічний принцип.

Також Фокус писав про те, що вчені розкрили секрет незвичайної фізики квазіперіодичних кристалів. Це тверді матеріали з упорядкованою структурою, яка ніколи точно не повторюється.