Новое исследование открывает путь к точным расчетам строения атомных ядер

В новой работе ученые определили ядерную геометрию двух изотопов бора

0 1 704

В исследовании, которое объединяет экспериментальную работу и теоретические расчеты, которые стали возможными благодаря суперкомпьютерам, ученые определили ядерную геометрию двух изотопов бора. Результат может помочь открыть путь к точным расчетам структуры других ядер, которые ученые могли бы экспериментально подтвердить.

Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории в сотрудничестве с учеными из Германии и Польши определили разницу в величине, известной как радиус заряда ядра между бором-10 и бором-11. Радиус заряда ядра указывает на размер атомного ядра, которое часто имеет относительно нечеткие края.

Радиусы ядерных зарядов трудно вычислить с высокой точностью для атомов, гораздо больших, чем бор, из-за огромного количества нейтронов и протонов, свойства и взаимодействия которых должны быть получены из квантовой механики.

Ядерная теория строится на основе квантовой хромодинамики (КХД), набора физических правил, применимых к кваркам и глюонам, составляющим и внутри ядра. Но попытка решить ядерную динамику с использованием одной КХД была бы почти невозможной задачей из-за ее сложности, и исследователи должны полагаться, по крайней мере, на некоторые упрощающие предположения.

Поскольку бор относительно легкий — всего пять протонов и несколько нейтронов — команда смогла успешно смоделировать два изотопа бора на суперкомпьютере Mira и изучить их экспериментально с помощью лазерной спектроскопии.

«Это одно из самых сложных атомных ядер, для которого можно получить точные экспериментально и теоретически», — сказал физик-ядерщик Питер Мюллер.

Смотрите также  Аномалия Кона и электрон-фононные взаимодействия

Рассмотрение того, как ядерные конфигурации бора-11 (11B) и бора-10 (10B) различались, включало в себя определение в необычайно малых масштабах длины: меньше, чем фемтометр — одна квадриллионная часть метра. Исследователи определили, что 11 нуклонов в боре-11 на самом деле занимают меньший объем, чем 10 нуклонов в боре-10.

Чтобы экспериментально взглянуть на изотопы бора, ученые из Дармштадтского университета провели лазерную спектроскопию на образцах изотопов, которые флуоресцируют на разных частотах. В то как большая часть различий в картинах флуоресценции вызвана разницей в массе между изотопами, в измерении есть компонент, который отражает размер ядра.

Чтобы отделить эти компоненты, сотрудники Варшавского университета и Университета Адама Мицкевича в Познани выполнили самые современные расчеты атомной теории, которые точно описывают сложный «танец» пяти электронов вокруг ядра в атоме бора.

Хорошее согласие между экспериментом и теорией в отношении размеров ядра позволяет исследователям с большей достоверностью определять и другие свойства изотопа, такие как скорость его бета-распада. «Способность проводить расчеты и проводить эксперименты неразрывно связаны между собой, чтобы подтвердить и закрепить наши выводы», — говорят ученые.

Следующий этап исследования, вероятно, будет включать изучение бора-8, который нестабилен и имеет период полураспада около секунды. По словам ученых, поскольку в ядре меньше нейтронов, оно гораздо менее тесно связано, чем его стабильные соседи, и, как полагают, имеет расширенный радиус заряда.

Смотрите также  Борофан - новый 2D-материал для современной электроники

«Существует такой прогноз, но только эксперимент покажет нам, насколько хорошо он фактически моделирует эту слабо связанную систему», — поясняют физики.


Bernhard Maaß et al, Nuclear Charge Radii of B10,11, Physical Review Letters(2019). DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.182501

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x