Stort skridt fremad i teoretisk beskrivelse af to centrale egenskaber ved varme kerner

I værk udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , forskere fra RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science og to universiteter i Vietnam - Duy Tan University og University of Khanh Hoa - har lavet et stort gennembrud ved at foreslå, for første gang, en samlet og konsistent mikroskopisk tilgang, der er i stand til samtidig at beskrive to vigtige størrelser for at forstå de statistiske egenskaber af kerner - den nukleare niveautæthed og emissionssandsynligheden for gammastråler fra varme kerner - som spiller væsentlige roller i stjernernes nukleosyntese.

I overensstemmelse med kvantemekanikkens regler, atomkernen har diskrete energiniveauer. Efterhånden som excitationsenergien stiger, afstanden mellem niveauerne falder hurtigt, gør dem tæt overfyldte. I denne tilstand, at håndtere individuelle nukleare niveauer bliver upraktisk. I stedet, det er mere bekvemt at overveje de gennemsnitlige egenskaber af nukleare excitationer i form af to størrelser - kendt som nuklear niveautæthed (NLD) og strålingsstyrkefunktion (RSF). Den tidligere, introduceret af Hans Bethe for 80 år siden, er antallet af exciterede niveauer pr. enhed excitationsenergi. Det sidste, foreslået af Blatt og Weisskopf for 64 år siden, beskriver sandsynligheden for, at en højenergifoton (gammastråle) udsendes.

Disse to størrelser er uundværlige for at forstå astrofysisk nukleosyntese, herunder beregninger af reaktionshastigheder i kosmos og produktion af grundstoffer, såvel som inden for teknologi som atomenergiproduktion og omdannelse af atomaffald. Derfor, undersøgelsen af ​​disse mængder er blevet et nøgleemne i kernefysik. Dette område har fået fremdrift i 2000, efter at eksperimentalister ved Oslo Universitet foreslog en metode til samtidig at udvinde de to fra det primære gamma-henfaldsspektrum opnået i et enkelt eksperiment. Denne metode, imidlertid, lider af usikkerheder relateret til normaliseringsprocessen. I betragtning af vigtigheden af ​​disse to mængder, det er bydende nødvendigt at have et konsekvent teoretisk grundlag for at forstå dem. Ikke desto mindre, en samlet teori, der er i stand til samtidigt og mikroskopisk at beskrive både NLD og RSF, har hidtil været fraværende.

Nu, anvender middelfelterne af uafhængige nukleoner (protoner og neutroner), forfatterne løste nukleon-superfluid-parringsproblemet nøjagtigt. Disse nøjagtige løsninger bruges til at konstruere partitionsfunktionen til beregning af NLD. For at beregne RSF, de nøjagtige neutron- og protonparringsgab såvel som de relaterede mængder opnået fra den samme partitionsfunktion er input til den mikroskopiske Phonon Damping Model foreslået i 1998 af en af ​​forfatterne, Nguyen Dinh Dang fra RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science, i samarbejde med Akito Arima for at beskrive adfærden af ​​kæmpe dipolresonans (GDR) i stærkt ophidsede kerner.

"Den gode overensstemmelse mellem forudsigelserne af den nuværende tilgang og eksperimentelle data indikerer, at brugen af ​​nøjagtige løsninger til parring faktisk er meget vigtig for den konsekvente beskrivelse af både NLD og RSF ved lav og mellemliggende excitations- og gammastråleenergier, " siger Nguyen Quang Hung fra Duy Tan University, den tilsvarende forfatter til avisen.

I en kommentar til dette arbejde, Nguyen Dinh Dang siger:"Vores tilgang viser, at temperaturafhængigheden af ​​GDR-formen i varme kerner er afgørende for den korrekte beskrivelse af sandsynligheden for gammastråleemission ved lave gammastråleenergier. Det næste mål er at udvikle en fuldstændig selv- konsekvent tilgang baseret på nøjagtig parring og den mikroskopiske struktur af vibrationstilstandene for at studere nukleare kollektive excitationer."