Среда, 21 февраля, 2024
ДомойФизикаЗвездная кузница: заряженные частицы и создание элементов в звездах

Звездная кузница: заряженные частицы и создание элементов в звездах

- Advertisement -

Совместное исследование позволило разработать новый метод моделирования основных низкоэнергетических ядерных реакций в звездах. Изучая результаты этих реакций, исследователи сформулировали новую прогностическую модель, улучшающую наше понимание формирования элементов во Вселенной.

Новое исследование предлагает инновационный подход к моделированию звездных элементарных процессов, улучшая наше понимание ядерных реакций в космосе.

Новое исследование Университета штата Северная Каролина и Университета штата Мичиган открывает новые возможности для моделирования низкоэнергетических ядерных реакций, которые являются ключом к образованию элементов в звездах. Исследование закладывает основу для расчета взаимодействия нуклонов, когда частицы электрически заряжены.

Понимание формирования элементов в звездах

Предсказание того, как атомные ядра – скопления протонов и нейтронов, вместе называемые нуклонами – объединяются в более крупные составные ядра, является важным шагом на пути к пониманию того, как элементы образуются в звездах.

Поскольку соответствующие ядерные взаимодействия очень трудно измерить экспериментально, физики используют числовые решетки для моделирования этих систем. Конечная решетка, используемая в таком численном моделировании, по сути, действует как воображаемый ящик вокруг группы нуклонов, который позволяет физикам рассчитывать свойства ядра, образованного из этих частиц.

Исследователи из Университета штата Северная Каролина и Университета штата Мичиган разработали новый метод моделирования низкоэнергетических ядерных реакций, жизненно важный для понимания образования элементов в звездах. Их подход включает анализ конечных продуктов реакций в числовой решетке для определения свойств реакции. Это привело к созданию новой формулы, которая улучшает прогнозы этих ядерных реакций, предлагая более глубокое понимание процессов синтеза элементов в космосе. Кредит: Себастьян Кениг

Проблемы моделирования низкоэнергетических реакций

Однако такое моделирование до сих пор не позволило предсказать свойства, которые управляют низкоэнергетическими реакциями с участием заряженных кластеров, возникающих из множества протонов. Это важно, потому что эти низкоэнергетические реакции жизненно важны, среди прочего, для образования элементов в звездах.

«Хотя «сильная ядерная сила» связывает протоны и нейтроны вместе в атомных ядрах, электромагнитное отталкивание между протонами играет важную роль в общей структуре и динамике ядра», — говорит Себастьян Кениг, доцент кафедры физики в штате Северная Каролина и автор-корреспондент. исследования.

«Эта сила особенно сильна при самых низких энергиях, где происходит множество важных процессов, синтезирующих элементы, из которых состоит известный нам мир», — говорит Кениг. Но теории сложно предсказать эти взаимодействия».

Новый подход к анализу ядерных реакций

Чтобы решить эту проблему, Кениг и его коллеги решили действовать в обратном направлении. Их подход рассматривает конечный результат реакций внутри решетки – составные ядра – а затем возвращается назад, чтобы обнаружить свойства и энергии, участвующие в реакции.

«Мы не рассчитываем сами реакции; скорее, мы смотрим на структуру конечного продукта», — говорит Кёниг. «Поскольку мы изменяем размер «коробки», моделирование и результаты также изменятся. Из этой информации мы можем извлечь параметры, определяющие, что происходит при взаимодействии этих заряженных частиц».

«Вывод формулы оказался неожиданно сложным», — добавляет Ханг Ю, аспирант Университета штата Северная Каролина и первый автор работы, — «но конечный результат довольно красив и имеет важные приложения».

Разработка новой прогнозной формулы

На основе этой информации команда разработала формулу и протестировала ее на основе эталонных расчетов, которые представляют собой оценки, выполненные с помощью традиционных методов, чтобы гарантировать точность результатов и готовность к использованию в будущих приложениях.

«Это базовая работа, которая рассказывает нам, как анализировать моделирование, чтобы извлечь данные, необходимые для улучшения прогнозов ядерных реакций», — говорит Кениг. «Космос огромен, но чтобы понять его, нужно взглянуть на его мельчайшие компоненты. Именно это мы и делаем здесь – сосредотачиваемся на мелких деталях, чтобы лучше проанализировать общую картину».

Ссылка: «Состояния, связанные с заряженными частицами в периодических ящиках», Хан Ю, Себастьян Кениг и Дин Ли, 21 ноября 2023 г., Письма о физических отзывах.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.212502.

Работа появляется в Письма о физических отзывах и был поддержан Национальным научным фондом и Министерством энергетики США. Аспирант штата Северная Каролина Ханг Юй является первым автором. Соавтором работы выступил Дин Ли, профессор физики и заведующий кафедрой теоретической ядерной науки в Центре по изучению пучков редких изотопов Мичиганского государственного университета. Ли раньше работал в штате Северная Каролина и остается адъюнкт-профессором физики в штате Северная Каролина.

Абстрактный:
Рассматривается энергия связи системы двух тел с отталкивающим кулоновским взаимодействием в конечном периодическом объеме. Мы определяем кулоновский потенциал конечного объема как обычный кулоновский потенциал, за исключением того, что расстояние определяется как кратчайшее расстояние между двумя телами в периодическом объеме. Мы исследуем эту задачу в одно- и трехмерных периодических ящиках и выводим асимптотику объемной зависимости для связанных состояний с нулевым угловым моментом в терминах функций Уиттекера. Мы сравниваем наши результаты с численными расчетами и показываем, как этот метод можно использовать для извлечения асимптотических коэффициентов нормализации для связанных состояний заряженных частиц. Полученные здесь результаты имеют непосредственное применение для расчетов атомных ядер в конечных периодических объемах в случае, когда ведущая поправка конечного объема связана с двумя заряженными кластерами.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме