科學家在研究鉛原子核時取得突破 有助於揭開宇宙之謎

在太空中碰撞的大質量中子星被認爲能夠創造出黃金和鉑金等貴金屬。儘管這些恆星的特性仍然是一個謎，但答案可能就在地球上常見的材料之一--鉛的原子核的表皮下。事實證明，讓原子核揭示支配中子星內部的強力的秘密是很困難的。現在，瑞典查爾姆斯理工大學的科學家們開發了一個新的計算機模型，可以提供答案。

查爾姆斯理工大學的研究人員在最近發表在科學雜誌《自然-物理學》上的一篇文章中介紹了在計算重型穩定元素鉛的原子核方面取得的突破。

儘管一個微觀的原子核和一個幾公里大小的中子星之間存在着巨大的尺寸差異，但基本上是相同的物理學在支配着它們的特性。其共同點是強力將原子核中的粒子--質子和中子--固定在一起。同樣的力也阻止了中子星的坍縮。儘管強力是宇宙的基礎，但很難將其納入計算模型中。當涉及到像鉛這樣的富含中子的重原子核時，情況尤其如此。因此，科學家們在具有挑戰性的計算中與許多未解答的問題進行了鬥爭。

“爲了瞭解強作用力在富含中子的物質中是如何工作的，我們需要在理論和實驗之間進行有意義的比較。因此，除了在實驗室和用望遠鏡進行的觀測外，還需要可靠的理論模擬。我們的突破意味着我們已經能夠對最重的穩定元素--鉛進行這樣的計算，”文章的主要作者之一、查爾姆斯理工大學物理系副教授Andreas Ekström說。

查爾姆斯理工大學的新計算機模型是與北美和英國的同事共同開發的，現在爲我們指明瞭前進的道路。它能夠對同位素*鉛-208及其所謂的"中子皮膚"的特性進行高精度預測。

正是原子核中的126箇中子形成了一個外包層，可以說是一個“皮膚”。這層“皮”有多厚，與強作用力的特性有關。通過預測中子表皮的厚度，可以增加關於強力如何工作的知識--無論是在原子核還是在中子星中。

“我們預測中子表皮出奇地薄，這可以爲中子之間的力提供新的見解。我們模型的一個突破性方面是，它不僅提供預測，而且有能力評估理論上的誤差範圍。”研究負責人、查爾姆斯大學物理系教授Christian Forssén說：“這對於能夠取得科學進步至關重要。”

爲了開發新的計算模型，研究人員將理論與來自實驗研究的現有數據相結合。然後將複雜的計算結果與之前用於模擬冠狀病毒可能傳播的統計方法相結合。

有了鉛的新模型，現在可以評估關於強力的不同假設。該模型也使得對其他原子核，從最輕到最重的原子核進行預測成爲可能。

這一突破可能會導致更精確的模型，例如中子星，並增加對其形成過程的瞭解。

“我們的目標是對中子星和原子核中的強作用力的表現有更多的瞭解。”Christian Forssén說：“這使我們的研究離了解例如黃金和其他元素如何在中子星中被創造出來更近了一步--在最後，這是關於瞭解宇宙的。”