Ser huden dybt på væksten af ​​neutronstjerner

I atomkerner, protoner og neutroner deler energi og momentum i trange kvarterer. Men præcis hvordan de deler den energi, der holder dem bundet inden for kernen - og selv hvor de er inden for kernen - forbliver nøglepuslespil for kernefysikere.

En ny undersøgelse foretaget af forskere ved Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) og Washington University i St. Louis tacklede disse spørgsmål ved at udnytte data fra nukleare spredningseksperimenter til at stille strenge begrænsninger for, hvordan nukleoner (neutroner og protoner) arrangerer sig selv i kernen. Forskningen vises i to tilsvarende artikler i Fysisk gennemgang C og Fysisk gennemgangsbreve .

Deres analyse viser, at for flere hjørnestenskerner, en lille brøkdel af protonerne og neutronerne besidder broderparten af ​​den samlede energi, der holder dem bundet i kerner, omkring 50 procent mere end forventet fra standard teoretiske behandlinger.

Yderligere, undersøgelsen giver nye forudsigelser for "neutronhuden" (et område, hvor ekstra neutroner hober sig op) af flere neutronrige kerner. På tur, disse forudsigelser er tæt forbundet med, hvor store neutronstjerner vokser, og hvilke grundstoffer der sandsynligvis syntetiseres i neutronstjernefusioner.

"Vores resultater viser kvantitativt, hvordan asymmetri, ladnings- og skaleffekter bidrager til neutronhuddannelse og driver en uforholdsmæssig stor andel af den samlede bindingsenergi til de dybeste nukleoner, " sagde Cole Pruitt, LLNL postdoc og hovedforfatter af begge artikler.

At forstå, hvordan nuklear asymmetrienergi ændrer sig med tætheden, er et vigtigt input til neutrontilstandsligningen, som bestemmer neutronstjernestrukturen. Men det er ikke let at måle neutronskind direkte. 2010 Lead Radius Experiment, eller PREX, leverede den første modeluafhængige neutronhudmåling for bly-208, men målingen var oversvømmet af stor usikkerhed. Et mere præcist opfølgningseksperiment, PREX II, kørte i 2019 og forventes at offentliggøre resultater snart.

"En omfattende model bør ikke kun reproducere integrerede mængder (som ladningsradius eller total bindingsenergi), men også specificere, hvordan nukleoner deler momentum og energi, alt imens man er realistisk med hensyn til modelusikkerheden ved dens forudsigelser, " sagde Pruitt.