Uma nova pesquisa da Universidade Estadual da Carolina do Norte e da Universidade Estadual de Michigan abre um novo caminho para a modelagem de reações nucleares de baixa energia, que são fundamentais para a formação de elementos dentro das estrelas. A pesquisa estabelece as bases para calcular como os núcleons interagem quando as partículas estão eletricamente carregadas.



O trabalho aparece em Physical Review Letters .

Prever as maneiras como os núcleos atômicos – aglomerados de prótons e nêutrons, chamados juntos de núcleons – se combinam para formar núcleos compostos maiores é um passo importante para a compreensão de como os elementos são formados nas estrelas.

Como as interações nucleares relevantes são muito difíceis de medir experimentalmente, os físicos usam redes numéricas para simular esses sistemas. A rede finita usada em tais simulações numéricas atua essencialmente como uma caixa imaginária em torno de um grupo de núcleons que permite aos físicos calcular as propriedades de um núcleo formado a partir dessas partículas.

Mas até agora essas simulações não conseguiram prever as propriedades que governam as reações de baixa energia envolvendo aglomerados carregados provenientes de múltiplos prótons. Isto é importante porque estas reações de baixa energia são vitais para a formação de elementos nas estrelas, entre outras coisas.

"Embora a 'força nuclear forte' una prótons e nêutrons nos núcleos atômicos, a repulsão eletromagnética entre os prótons desempenha um papel importante na estrutura e dinâmica geral do núcleo", diz Sebastian König, professor assistente de física na NC State e autor correspondente. da pesquisa.

“Esta força é particularmente forte nas energias mais baixas, onde ocorrem muitos processos importantes que sintetizam os elementos que constituem o mundo que conhecemos”, diz König. "Mas é um desafio para a teoria prever essas interações."

Então König e seus colegas decidiram trabalhar de trás para frente. A sua abordagem analisa o resultado final das reações dentro de uma rede – os núcleos compostos – e depois volta atrás para descobrir as propriedades e energias envolvidas na reação.

“Não estamos calculando as reações em si; em vez disso, estamos observando a estrutura do produto final”, diz König. "À medida que alteramos o tamanho da 'caixa', as simulações e os resultados também mudam. A partir desta informação, podemos realmente extrair parâmetros que determinam o que acontece quando estas partículas carregadas interagem."

“A derivação da fórmula foi inesperadamente desafiadora”, acrescenta Hang Yu, estudante de pós-graduação da NC State e primeiro autor do trabalho, “mas o resultado final é bastante bonito e tem aplicações importantes”.

A partir dessas informações, a equipe desenvolveu uma fórmula e a testou em relação a cálculos de referência, que são avaliações feitas por métodos tradicionais, para garantir que os resultados fossem precisos e prontos para serem usados ​​em aplicações futuras.

“Este é o trabalho de base que nos diz como analisar uma simulação para extrair os dados que precisamos para melhorar as previsões das reações nucleares”, diz König. "O cosmos é enorme, mas para compreendê-lo é preciso olhar para os seus componentes mais ínfimos. É isso que estamos a fazer aqui - focando-nos nos pequenos detalhes para melhor informar a nossa análise do quadro geral."

O estudante de pós-graduação da NC State, Hang Yu, é o primeiro autor do trabalho. Dean Lee, professor de física e chefe do departamento de ciência nuclear teórica do Facility for Rare Isotope Beams da Michigan State University, é coautor do trabalho. Lee trabalhou anteriormente na NC State e continua sendo professor adjunto de física na NC State.

Mais informações: Hang Yu et al, Estados ligados a partículas carregadas em caixas periódicas, Cartas de revisão física (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.212502
Informações do diário: Cartas de revisão física

Fornecido pela Universidade Estadual da Carolina do Norte