Em trabalho publicado em Cartas de revisão física , pesquisadores do RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science e duas universidades no Vietnã - Duy Tan University e University of Khanh Hoa - fizeram um grande avanço ao propor:pela primeira vez, uma abordagem microscópica unificada e consistente capaz de descrever simultaneamente duas quantidades importantes para a compreensão das propriedades estatísticas dos núcleos - a densidade do nível nuclear e a probabilidade de emissão de raios gama dos núcleos quentes - que desempenham papéis essenciais na nucleossíntese estelar.

De acordo com as regras da mecânica quântica, o núcleo atômico tem níveis de energia discretos. Conforme a energia de excitação aumenta, o espaçamento entre os níveis diminui rapidamente, tornando-os densamente lotados. Nesta condição, lidar com níveis nucleares individuais torna-se impraticável. Em vez de, é mais conveniente considerar as propriedades médias das excitações nucleares em termos de duas quantidades - conhecidas como densidade de nível nuclear (NLD) e função de força radiativa (RSF). O antigo, introduzido por Hans Bethe 80 anos atrás, é o número de níveis excitados por unidade de energia de excitação. O último, proposto por Blatt e Weisskopf 64 anos atrás, descreve a probabilidade de que um fóton de alta energia (raio gama) seja emitido.

Essas duas quantidades são indispensáveis ​​para a compreensão da nucleossíntese astrofísica, incluindo os cálculos das taxas de reação no cosmos e a produção de elementos, bem como em tecnologia como a produção de energia nuclear e a transmutação de resíduos nucleares. Portanto, o estudo dessas quantidades tornou-se um tópico chave na física nuclear. Esta área ganhou ímpeto em 2000 depois que experimentalistas da Universidade de Oslo propuseram um método para extrair simultaneamente os dois do espectro de decaimento gama primário obtido em um único experimento. Este método, Contudo, sofre de incertezas relacionadas ao processo de normalização. Dada a importância dessas duas quantidades, é imperativo ter uma base teórica consistente para entendê-los. Apesar disso, uma teoria unificada capaz de descrever simultânea e microscopicamente tanto o NLD quanto o RSF esteve ausente até agora.

Agora, empregando os campos médios de núcleons independentes (prótons e nêutrons), os autores resolveram o problema de pareamento de superfluido de núcleon com exatidão. Essas soluções exatas são empregadas para construir a função de partição para calcular o NLD. Para calcular o RSF, as lacunas exatas de par de nêutrons e prótons, bem como as quantidades relacionadas obtidas a partir da mesma função de partição, são inseridos no modelo microscópico de amortecimento de fônons proposto em 1998 por um dos autores, Nguyen Dinh Dang do RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science, em colaboração com Akito Arima para descrever o comportamento da ressonância dipolo gigante (GDR) em núcleos altamente excitados.

"O bom acordo entre as previsões da presente abordagem e os dados experimentais indica que o uso de soluções exatas para o emparelhamento é de fato muito importante para a descrição consistente de NLD e RSF em excitação baixa e intermediária e energias de raios gama, "diz Nguyen Quang Hung, da Universidade Duy Tan, o autor correspondente do artigo.

Comentando sobre este trabalho, Nguyen Dinh Dang diz:"Nossa abordagem mostra que a dependência da temperatura da forma GDR em núcleos quentes é crucial para a descrição correta da probabilidade de emissão de raios gama em baixas energias de raios gama. O próximo objetivo é desenvolver um sistema totalmente autônomo abordagem consistente baseada no emparelhamento exato e na estrutura microscópica dos estados vibracionais para estudar as excitações coletivas nucleares. "