اسرار کیهان زیر پوست یک هسته اتم برملا شد

دانشمندان با ایجاد یک مدل رایانه‌ای جدید به پیشرفتی در محاسبات هسته‌ اتم و شناخت ستاره‌های نوترونی رسیده‌اند؛ موضوعی که بسیاری از اسرار کیهانی را برملا می‌کند.

کد خبر: ۵۲۴۹۳۷

تاریخ: ۲۵ مهر ۱۴۰۱ - ۱۵:۱۵

به گزارش گروه علم و آموزش ایران اکونومیست از «سای تک دیلی»، اعتقاد بر این است که ستاره‌های نوترونی بزرگ که در فضا برخورد می‌کنند، قادر به ایجاد فلزات ارزشمند مانند طلا و پلاتین هستند. هر چند که خصوصیات این ستاره‌ها هنوز یک راز است اما پاسخ این مساله ممکن است در زیر پوست یکی از کوچکترین سنگ‌بناهای روی زمین یعنی هسته یک اتم سرب (lead) نهفته باشد. رسیدن به هسته یک اتم برای افشای اسرار نیروی قدرتمندی که درون ستاره های نوترونی را مدیریت می‌کند، کار دشواری بوده است.

اما اکنون یک مدل جدید رایانه‌ای از دانشگاه فناوری چالمرز در کشور سوئد می‌تواند به این سوال پاسخ دهد. محققان این دانشگاه به پیشرفتی در محاسبات هسته اتم رسیده‌اند و نتایج این تحقیق به تازگی در مقاله‌ای در نشریه علمی «فیزیک طبیعت» منتشر شده است.

با وجود تفاوت بزرگ در اندازه بین هسته اتمی میکروسکوپی و یک ستاره نوترونی چند کیلومتری اما قوانین فیزیکی مشابهی خصوصیات آنها را مدیریت می‌کند. شاخص اصلی همان «نیروی قوی» (strong force) است که ذرات – پروتون‌ها و نوترون‌ها – را در یک هسته اتمی کنار هم نگاه می‌دارد.

همین نیرو است که از فروپاشی یک ستاره نوترونی جلوگیری می‌کند. هر چند این نیروی قوی نقش اساسی در کیهان دارد اما گنجاندن آن در مدل‌های محاسباتی دشوار است. این مساله به خصوص در مورد هسته‌های اتمی غنی از نوترون مانند سرب صادق است. از این رو دانشمندان در محاسبات خود با سوالات بی پاسخ زیادی دست و پنجه نرم می کنند.

آندریاس اکستروم از محققان اصلی این کار تحقیقی گفت: برای شناخت اینکه این نیروی قوی چگونه کار می‌کند نیازمند مقایسه‌های معناداری بین تئوری و آزمایش هستیم. مدل رایانه‌ای جدید اکنون راه پیش رو را نشان داده است. این مدل پیش‌بینی‌هایی با دقت بالا را درباره خصوصیات ایزوتوپ سرب-۲۰۸ ممکن کرده است.

ضخامت پوست اتم مهم است

۱۲۶ نوترون موجود در هسته اتم ایزوتوپ سرب-۲۰۸ یک قشر خارجی را تشکیل داده و می‌توان آن را به عنوان یک پوست توصیف کرد. اینکه پوست تا چه حد ضخامت دارد، به خصوصیات نیروی قوی مرتبط است. با پیش بینی ضخامت پوست نوترونی می‌توان دانش خود را درباره چگونگی کار نیروی قوی در هسته اتم و در ستاره‌های نوترونی افزایش داد.

برای ایجاد این مدل محاسباتی جدید، محققان تئوری‌ها را با داده‌های موجود از مطالعات تجربی ترکیب کردند. محاسبات پیچیده سپس با متد آماری قبلی مورد استفاده درباره گسترس ویروس کرونا ترکیب شد.

با این مدل جدید برای سرب اکنون ارزیابی فرضیات مختلف درباره نیروی قوی ممکن شده است. این مدل همچنین پیش بینی درباره هسته‌های اتمی دیگر از سبک‌ترین تا سنگین‌ترین اتم ها را ممکن می سازد.

این پیشرفت می‌تواند به ایجاد مدل‌های بسیار دقیق‌تر از مثلا ستاره‌های نوترونی و افزایش دانش درباره چگونگی تشکیل این ستاره‌ها منجر شود.