Малоизученная сила помогает сохранять стабильность ядер атомов: что выяснили физики

Трехнуклонная сила играет ключевую роль в стабильности ядер атомов и образовании химических элементов.

Протоны и нейтроны, объединяясь, формируют стабильное ядро атома благодаря мощным ядерным взаимодействиям. Долгое время считалось, что основным фактором, который удерживает эти частицы вместе и предотвращает их чрезмерное столкновение, является двухнуклонная сила. Однако последние исследования показали, что менее изученная трехнуклонная сила также оказывает значительное влияние на стабильность ядер атомов. Это открытие было опубликовано в журнале Physics Letters B, как сообщает Earth.

Нуклонами называются протоны и нейтроны, из которых состоят атомные ядра. Эти элементарные частицы влияют на стабильность химических элементов и их склонность к распаду. В атомных ядрах действуют три основные силы:

• Сильное ядерное взаимодействие и электростатическая сила, образующие двухнуклонную силу;
• Более слабая трехнуклонная сила.

Современные теории о строении атомного ядра основываются на модели оболочки, согласно которой нуклоны заполняют определенные энергетические уровни, аналогично тому, как электроны заполняют оболочки атома. Однако физика, стоящая за этим процессом, намного более сложная.

Ядерные силы играют ключевую роль в эволюции атомов в недрах звезд, где посредством термоядерного синтеза создаются новые химические элементы. Этот процесс позволяет образовываться более тяжелым атомам, которые затем распространяются по космосу. Глубокое понимание того, как ядерные силы влияют на этот процесс, может улучшить модели звездной эволюции и понимание того, как образуются химические элементы.

Долгое время ученые сосредоточивались на разработке модели двухнуклонной силы. Однако трехнуклонная сила, которая возникает, когда три нуклона взаимодействуют одновременно, оставалась малоизученной.

Авторы нового исследования выяснили, что эта дополнительная сила имеет гораздо большее значение для стабильности атомного ядра, чем считалось ранее. Используя моделирование, ученые изучили, как эти взаимодействия изменяют уровни энергии внутри атомных ядер.

Когда нуклоны выстраивают свои спины (собственные моменты импульса) в соответствии с их движением, они переходят в состояние с более низкой энергией. Если спины нуклонов не совпадают с их движением, то частицы переходят в более высокую энергию.

Различные уровни энергии формируют оболочки ядра, и исследователи установили, что трехнуклонная сила увеличивает энергетический зазор между оболочками в более крупных атомных ядрах. Это означает, что трехнуклонная сила оказывает влияние на стабильность атомного ядра почти так же сильно, как и двухнуклонная сила.

Более тяжелые атомы содержат большее количество нуклонов, и поэтому взаимодействия между ними становятся еще более значимыми. Когда ядро атома стабильно, добавление новых нейтронов становится более сложным процессом.

Внутри звезд, где происходит синтез химических элементов, повышение стабильности ядер затрудняет захват дополнительных нейтронов. Это может замедлять образование некоторых элементов или требовать особых условий, объясняют ученые.

Результаты этого исследования могут изменить подходы к прогнозированию стабильности изотопов (разных форм химических элементов) и пониманию радиоактивного распада. Физики считают, что увеличение количества нуклонов в атомных ядрах может еще больше усилить трехнуклонную силу, возможно, повышая стабильность некоторых ядер, чем предполагают современные модели.

Источник: Earth

Юрій Гай

Народився і живу в місті Біла Церква на Київщині. Закінчив національний університет ім. Драгоманова по спеціальності соціологія. Захоплююсь подорожами та мотоциклами. Професійно займаюсь дизайном і поліграфією. Радий бути в дружній команді Shode.life!

See Full Bio