Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vědci odhalili, jak zvláštní typ síly v jádře atomu, tzv. třínukleonová síla, ovlivňuje stabilitu jádra. Studie, umožňuje pochopit, proč jsou některá jádra stabilnější než jiná, a může pomoci vysvětlit některé astrofyzikální procesy, jako je například vznik těžkých prvků ve hvězdách.
Nejsilnější jadernou silou je dvoujaderná síla, která na velkou vzdálenost dva nukleony přetahuje k sobě a na krátkou vzdálenost je odpuzuje, takže se mohou přiblížit jen na určitý limit. „Vědci si vytvořili dobrou představu o dvounukleonové síle a o tom, jak ovlivňuje jadernou stabilitu,“ říká hlavní autor nové studie Tokuro Fukui z japonské Kjúšú univerzity. „Naproti tomu tříjaderná síla, která vzniká při současné interakci tří nukleonů, je mnohem složitější a dosud málo pochopená.“
Trocha přirovnání podle průvodní tiskové zprávy:
Při dvoujaderné síle na sebe dva nukleony působí jako hráči, kteří si navzájem házejí míč. Míček, subatomární částice mezon, může mít různou hmotnost, přičemž nejlehčí mezon, známý jako pion, je zodpovědný za přitažlivost mezi nukleony na velké vzdálenosti.
Při třínukleonové síle jsou „hráči“ tři a současně s házením a chytáním míčků se nukleony také otáčejí a pohybují se po oběžné dráze uvnitř jádra.
Ačkoli se třínukleonová síla historicky považovala za málo významnou ve srovnání se silou dvoujnukleonovou, stále více výzkumů z poslední doby poukazuje na její důležitost. Tato nová studie nyní objasňuje mechanismus, jak třínukleonová síla zvyšuje stabilitu jádra, a ukazuje, že s růstem jádra nabývá na významu. Má vést k tomu, že nukleony se „rozštěpí“ do různých energetických stavů, tedy různých slupek v jádře. Čím větší energetická mezera mezi slupkami, tím je pak jádro stabilnější.
Tento efekt je výraznější u těžších jader, které obsahují více nukleonů. U nejtěžšího zkoumaného prvku – uhlíku-12 – způsobila třínukleonová síla zvětšení energetické mezery 2,5krát. Efekt u 2- a 3nukleonové síly u 12C byl obdobný, u ještě těžších jader převládne vliv 3 nukleonové interakce (zřejmě; plánuje se další výzkum).
Tříjaderná síla by mohla hrát klíčovou roli v pochopení toho, jak vznikají těžké prvky z fúze lehčích ve hvězdách. V důsledku vyšší stability je pro jádro obtížnější zachytit další neutrony, které jsou nezbytné pro vznik těžších prvků. V případech, kdy jádro již obsahuje „magické číslo“ protonů nebo neutronů, které zcela zaplní jeho slupky, stává se mimořádně stabilním, což může dále bránit procesu fúze.
To je také téma pro další výzkum – zaměřit se v tomto ohledu na jádra s magickými čísly.
Vědci rovněž objevili další překvapivý vliv třínukleonové síly na spiny nukleonů. Při zahnutí pouze dvounukleonové síly lze měřit spinové stavy obou nukleonů samostatně. Třínukleonová síla však vytváří kvantové provázání, kdy dva ze tří nukleonů mají spiny, které existují v superpozici (obou stavech najednou, provázání, entanglement), alespoň pokud nejsou přímo změřeny. Zde se výzkum tedy může dotýkat i nových technologií spojených s kvantovými počítači.
Tokuro Fukui et al, Uncovering the mechanism of chiral three-nucleon force in driving spin-orbit splitting, Physics Letters B (2024). DOI: 10.1016/j.physletb.2024.138839
Zdroj: Kyushu University / Phys.org, přeloženo / zkráceno
Poznámka: Kdo z nás dvounukleonové nebo třínukleonové interakci kdy slyšel? (Ono i zkuste si zadávat do Googlu apod.) Jak např. spolu souvisí dvounukleonová/třínukleonová interakce a silná interakce (té piony podléhají, ale nejsou jejími nositeli – těmi jsou gluony).
