Una nueva investigación de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Universidad Estatal de Michigan abre una nueva vía para modelar reacciones nucleares de baja energía, que son clave para la formación de elementos dentro de las estrellas. La investigación sienta las bases para calcular cómo interactúan los nucleones cuando las partículas están cargadas eléctricamente.
El trabajo aparece en Physical Review Letters .
Predecir las formas en que los núcleos atómicos (grupos de protones y neutrones, denominados en conjunto nucleones) se combinan para formar núcleos compuestos más grandes es un paso importante hacia la comprensión de cómo se forman los elementos dentro de las estrellas.
Dado que las interacciones nucleares relevantes son muy difíciles de medir experimentalmente, los físicos utilizan redes numéricas para simular estos sistemas. La red finita utilizada en tales simulaciones numéricas actúa esencialmente como una caja imaginaria alrededor de un grupo de nucleones que permite a los físicos calcular las propiedades de un núcleo formado a partir de estas partículas.
Pero hasta ahora estas simulaciones han carecido de una forma de predecir las propiedades que gobiernan las reacciones de baja energía que involucran grupos cargados que surgen de múltiples protones. Esto es importante porque estas reacciones de baja energía son vitales para la formación de elementos en las estrellas, entre otras cosas.
"Mientras que la 'fuerza nuclear fuerte' une a los protones y neutrones en los núcleos atómicos, la repulsión electromagnética entre protones juega un papel importante en la estructura y dinámica general del núcleo", dice Sebastian König, profesor asistente de física en NC State y autor correspondiente. de la investigación.
"Esta fuerza es especialmente fuerte en las energías más bajas, donde tienen lugar muchos procesos importantes que sintetizan los elementos que componen el mundo que conocemos", afirma König. "Pero es un desafío para la teoría predecir estas interacciones".
Por eso König y sus colegas decidieron trabajar al revés. Su enfoque analiza el resultado final de las reacciones dentro de una red (los núcleos compuestos) y luego retrocede para descubrir las propiedades y energías involucradas en la reacción.
"No calculamos las reacciones en sí, sino que observamos la estructura del producto final", afirma König. "A medida que cambiamos el tamaño de la 'caja', las simulaciones y los resultados también cambiarán. A partir de esta información, podemos extraer parámetros que determinan qué sucede cuando estas partículas cargadas interactúan".
"La derivación de la fórmula fue un desafío inesperado", añade Hang Yu, estudiante de posgrado en NC State y primer autor del trabajo, "pero el resultado final es bastante hermoso y tiene aplicaciones importantes".
A partir de esta información, el equipo desarrolló una fórmula y la probó con cálculos de referencia, que son evaluaciones realizadas mediante métodos tradicionales, para garantizar que los resultados fueran precisos y estuvieran listos para usarse en aplicaciones futuras.
"Este es el trabajo previo que nos dice cómo analizar una simulación para extraer los datos que necesitamos para mejorar las predicciones de reacciones nucleares", afirma König. "El cosmos es enorme, pero para comprenderlo hay que observar sus componentes más pequeños. Eso es lo que estamos haciendo aquí:centrarnos en los pequeños detalles para informar mejor nuestro análisis del panorama más amplio".
El estudiante graduado de NC State, Hang Yu, es el primer autor del trabajo. Dean Lee, profesor de física y jefe del departamento de ciencia nuclear teórica de la Instalación para haces de isótopos raros de la Universidad Estatal de Michigan, es coautor del trabajo. Lee estuvo anteriormente en NC State y sigue siendo profesor adjunto de física en NC State.
Más información: Hang Yu et al, Estados vinculados a partículas cargadas en cuadros periódicos, Cartas de revisión física (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.212502
Información de la revista: Cartas de revisión física
Proporcionado por la Universidad Estatal de Carolina del Norte
