Понедельник, 4 марта, 2024
ДомойФизикаАтомный лабиринт: расшифровка ядра углерода-12

Атомный лабиринт: расшифровка ядра углерода-12

- Advertisement -

Исследователи разгадали сложную структуру ядра углерода-12, обнаружив, что его более низкие энергетические состояния состоят из кластеров, образующих треугольные формы. Это открытие международного сотрудничества расширяет наше понимание формирования углерода во Вселенной и согласуется с существующими экспериментальными данными. Фото: SciTechDaily.com

Международное исследование выявило треугольные кластерные структуры внутри ядра углерода-12, что дает ключевое понимание происхождения и распространенности углерода во Вселенной.

Углерод-12: ключ к органической химии и жизни

Элемент углерод имеет решающее значение для органической химии и жизни, какой мы ее знаем. Физика его наиболее распространенного изотопа, углерода-12, чрезвычайно сложна. Многие экспериментальные и теоретические исследования были посвящены определению энергий и основных структур ядерных состояний углерода-12.

В этой работе исследователи вычислили эти состояния, исходя из первых принципов — самых основных компонентов теории физики. В этом подходе использовались суперкомпьютеры и моделирование ядерной решетки для расчета трехмерной формы, образованной протонами и нейтронами, составляющими ядро. Результаты показывают, что все низколежащие энергетические состояния углерода-12 имеют подструктуру, в которой шесть протонов и шесть нейтронов группируются вместе в альфа-частицы. Альфа-частицы — это ядра гелия-4, содержащие два протона и два нейтрона.

Плотности нуклонов для нескольких низколежащих состояний углерода-12. Каждое изображение помечено спином (от 0 до 3), знаком инверсии четности (+ или -) и номером возбуждения (от 1 до 3). Кредит: Шиханг Шен

Штат Хойла: окно в звездное производство углерода

Одним из хорошо известных ядерных состояний углерода-12 является состояние Хойла. Это состояние имеет энергию, близкую к энергетическому порогу для трех альфа-частиц или ядер гелия. Таким образом, эта энергия значительно увеличивает производство углерода в звездах, горящих гелием. Это помогает объяснить присутствие углерода во Вселенной.

Результаты, полученные в этом исследовании, показывают, что состояние Хойла состоит из «согнутой руки» или тупотреугольного расположения альфа-частиц. Все низколежащие энергетические состояния углерода-12 имеют внутреннюю форму, состоящую из трех альфа-частиц, образующих либо равносторонний треугольник, либо тупоугольный треугольник. Новые результаты дают информацию о возможных геометрических формах ядерных состояний.

Глобальное сотрудничество раскрывает ядерную структуру углерода-12

Углерод атом обеспечивает основу для сложной органической химии, составляющей строительные блоки жизни. Физика ядра углерода в его преобладающем изотопе, углероде-12, также полна сложностей. Исследователи из Боннского университета, Forschungszentrum Jülich в Германии, Исламского научно-технического университета Газиантепа в Турции, Высшей школы Китайской академии инженерной физики, Тбилисского государственного университета и установки для пучков редких изотопов Мичиганского государственного университета рассчитали структуру ядерных состояний углерода-12 с использованием с самого начала Основы теории эффективного поля ядерной решетки.

Геометрические тайны углерода-12 и космическое происхождение

Исследование показало, что все низколежащие состояния углерода-12 имеют внутреннюю форму, состоящую из трех альфа-кластеров, образующих либо равносторонний треугольник, либо тупоугольный треугольник. Состояния с формой равностороннего треугольника также имеют двойственное описание в терминах частично-дырочных возбуждений в картине среднего поля.

Результаты согласуются с экспериментальными данными и представляют первую независимую от модели карту плотности ядерных состояний углерода-12. Результаты помогают объяснить происхождение углерода из гелия и водорода, составлявших Вселенную вскоре после Большого взрыва.

Ссылка: «Эмерджентная геометрия и дуальность в ядре углерода» Шихана Шена, Сердара Эльхатисари, Тимо А. Ляхде, Дина Ли, Бинг-Нана Лу и Ульф-Г. Мейснер, 15 мая 2023 г., Природные коммуникации.
DOI: 10.1038/s41467-023-38391-y

Это исследование финансировалось Deutsche Forschungsgemeinschaft (Немецким исследовательским фондом), Национальным фондом естественных наук Китая, Международной стипендиальной инициативой президента Китайской академии наук, Академическим фондом национальной безопасности Китая, Фондом Volkswagen Stiftung, Европейским исследовательским советом, Министерство энергетики и проект «Инициатива по ядерным вычислениям с низким энергопотреблением» SciDAC-4, а также вычислительные ресурсы, предоставленные Гауссовским центром суперкомпьютеров eV и вычислительным центром Oak Ridge Leadership Computing Facility.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме