Tajemnice hiper-zdeformowanych jąder atomowych
Obiekty tak małe, jak jądra atomowe mogą przybierać czasem bardzo dziwne kształty – próbują to zrozumieć także polscy fizycy. Największe na świecie obliczenia na sieci zawierającej ponad 50 milionów punktów, w pełnej ośmiowymiarowej przestrzeni deformacji przeprowadzili polscy naukowcy.
Ich badania miały pomóc w rozwiązaniu zagadki istnienia hiperdeformacji w jądrach atomowych.
"Zajmujemy się badaniem struktury jądra atomowego. W tej chwili najciekawsze wydaje się badanie układów jądrowych, które znajdują się na granicy stabilności" - mówi dr Michał Kowal, kierownik Zakładu Fizyki Teoretycznej Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) i zaznacza, że chodzi tu o układy jądrowe położone wyjątkowo daleko od dziś znanych typowych jąder. Jądra takie cechuje duża egzotyczność, zwykle są one bardzo niestabilne (krótko życiowe) oraz mogą posiadać niecodzienne kształty.
Dr Kowal wyjaśnia, że większość jąder atomowych w stanie podstawowym posiada kształty sferyczne, ponieważ taki kształt jest dla większości z nich energetycznie najbardziej korzystny. Istnieją jednak i takie jądra, które posiadają bardziej egzotyczne kształty; swym wyglądem mogą przypominać nieco gruszkę, mogą być wydłużone jak ogórek, a jeszcze inne spłaszczone niczym naleśnik. "My zajęliśmy się problemem istnienia hiperdeformacji w jądrach z obszaru lekkich aktynowców. Hiperdeformacje cechuje, jak sama nazwa wskazuje, kształt +hiperwydłużony+ (stosunek osi w przekroju 3:1:1). Eksperymentalna interpretacja takich bardzo zdeformowanych kształtów jądra atomowego opiera się na założeniu istnienia (na mapie energii potencjalnej) wyraźnego, głębokiego trzeciego minimum. Nie mówimy tu, więc o jądrach, które miałyby takie kształty w stanie podstawowym, ale mówimy tu raczej o istnieniu pewnego dłużej żyjącego stanu metastabilnego – dobrze znanego efektu w fizyce, a przewidywanego przez mechanikę kwantową. W jądrach uranu eksperyment wskazuje na wyraźne i głębokie trzecie minima" - wyjaśnia badacz.
„W naszej pracy dotyczącej jąder uranu pokazaliśmy wraz z dr hab. Januszem Skalskim z NCBJ, iż uwzględnienie odpowiedniej klasy kształtów (nie branych wcześniej pod uwagę) sprawia, że tajemnicze trzecie minima po prostu znikają. W ten sposób pokazaliśmy, że właściwie wszystkie modele teoretyczne dają jednolity opis tj. bardzo płytkie, słabo zarysowane trzecie minima. Tym samym wskazaliśmy na wyraźny konflikt między teorią a doświadczeniem. Poszukiwanie hiperzdeformowanego minimum w 232Th (izotopie pierwiastka toru - PAP) było naturalną konsekwencja poprzedniej pracy, choć musieliśmy włożyć w nią dużo więcej wysiłku numerycznego. Pomógł nam w tym dr Piotr Jachimowicz z Uniwersytetu w Zielonej Górze. Rachunek wykonaliśmy na sieci zawierającej ponad 50 milionów punktów, co w tej chwili stanowi absolutny rekord (do tej pory wykonywano rachunki na 10-krotnie mniejszych sieciach). Do znalezienia punktów siodłowych (co na mapie o tak skomplikowanej topologii zawierającej lokalne minima i siodła jest zagadnieniem zupełnie nietrywialnym) zastosowaliśmy znaną z topografii metodę +zatapiania+ stosowana już w tym kontekście przez innych autorów” – powiedział Kowal.
Badania zostały opublikowane w renomowanym czasopiśmie „Physical Review C” , a praca została wyróżniona przez kolegium redakcyjne tego periodyku.
Jak wyjaśnia dr Kowal, jądro 232Th nie różni się w zasadzie od jądra izotopu uranu - 232U. Dlatego naukowcy chcieliby powtórzyć stary eksperyment z torem przy użyciu nowej techniki, tej samej, jakiej użyto w badaniach jąder uranu. Zdaniem fizyka oba możliwe scenariusze wydają się być bardzo ciekawe: jeśli minimum hiperzdeformowane w 232Th będzie tak głębokie jak w 232U konflikt między teorią a doświadczeniem będzie bardzo wyraźny. Zakładając, że istniejących eksperymentów nie uda się wytłumaczyć inaczej jak przez odwołanie się do konceptu głębokiego III minimum będzie trzeba się zastanowić jak zrekonstruować na nowo, właściwie wszystkie liczące się modele teoretyczne tak, aby takie odpowiednio głębokie minimum one (modele) dawały.
Jeśli jednak nowy eksperyment wykonany dla 232Th potwierdzi istnienie płytkiego minimum w tym jądrze, należy najpierw zrozumieć, co sprawia, że tak bliskie sobie jądra maja tak diametralnie różną topologię powierzchni energii potencjalnej. Co więcej konflikt między teorią a doświadczeniem wciąż pozostanie. "Najciekawsze z naszego punktu widzenia jest to, że taki eksperyment powinien zostać wykonany niebawem w ramach europejskiego programu ELI (Extreme Light Infrastructure) w Rumunii, gdzie używając bardzo wyrafinowanych i niesłychanie dokładnych metod takie minimum będzie poszukiwane. "Na te wyniki czekamy z niecierpliwością" - zaznacza dr Kowal.
PAP - Nauka w Polsce
lt/
Przed dodaniem komentarza prosimy o zapoznanie z Regulaminem forum serwisu Nauka w Polsce.
