Skip to content
Home » De mysteries van het universum onthullen onder de huid van een atoomkern

De mysteries van het universum onthullen onder de huid van een atoomkern

    De mysteries van het universum onthullen onder de huid van een atoomkern
    De mysteries van het universum onthullen onder de huid van een atoomkern

    Wanneer een ster sterft, kan het gewelddadige einde leiden tot de geboorte van een neutronenster. Neutronensterren zijn echte zwaargewichten in het universum – een theelepel van het enkele kilometers lange hemellichaam zou een miljard ton wegen. Er is een onvoorstelbaar verschil in grootte tussen de atoomkern van de isotoop lood-208 en een neutronenster, maar het is grotendeels dezelfde fysica die hun eigenschappen beschrijft. Nu hebben onderzoekers van Chalmers een nieuw computermodel ontwikkeld om de atoomkern van lood te bestuderen. De 126 neutronen (rood) in de kern vormen een buitenste omhulsel, dat kan worden omschreven als een huid. Hoe dik de huid is, hangt samen met de sterke kracht. Door de dikte van de neutronenhuid te voorspellen, kan de kennis toenemen over hoe de sterke kracht werkt, zowel in atoomkernen als in neutronensterren. Krediet: JingChen, Chalmers University of Technology, Yen Strandqvist

    Massale neutronensterren die in de ruimte botsen, zouden in staat zijn om edele metalen zoals goud en platina te creëren. De eigenschappen van deze sterren zijn nog steeds een raadsel, maar het antwoord ligt misschien onder de huid van een van de kleinste bouwstenen op aarde: een atoomkern van lood. Het is moeilijk gebleken om de kern van het atoom de geheimen te laten onthullen van de sterke kracht die het binnenste van neutronensterren regeert. Nu kan een nieuw computermodel van de Chalmers University of Technology, Zweden, antwoorden bieden.


    In een recent gepubliceerd artikel in het tijdschrift NatuurNatuurkundeChalmers-onderzoekers presenteren een doorbraak in de berekening van de atoomkern van het zware en stabiele element lood.

    De sterke kracht speelt de hoofdrol

    Ondanks het enorme verschil in grootte tussen een microscopisch kleine atoomkern en een neutronenster van enkele kilometers groot, is het grotendeels dezelfde fysica die hun eigenschappen bepaalt. De gemeenschappelijke noemer is de sterke kracht die de deeltjes – de protonen en neutronen – bij elkaar houdt in een atoomkern.

    Diezelfde kracht voorkomt ook dat een neutronenster instort. De sterke kracht is fundamenteel in het heelal, maar is moeilijk op te nemen in rekenmodellen, niet in de laatste plaats als het gaat om zware neutronenrijke atoomkernen zoals lood. Daarom hebben de onderzoekers in hun uitdagende berekeningen met veel onbeantwoorde vragen geworsteld.

    Een betrouwbare manier om berekeningen te maken

    “Om te begrijpen hoe de sterke kracht werkt in neutronenrijke materie, hebben we zinvolle vergelijkingen nodig tussen theorie en experiment. Naast de waarnemingen in laboratoria en met telescopen zijn daarom ook betrouwbare theoretische simulaties nodig. Onze doorbraak betekent dat we in staat om dergelijke berekeningen uit te voeren voor het zwaarste stabiele element – lood”, zegt Andreas Ekström, universitair hoofddocent bij de afdeling Natuurkunde van Chalmers en een van de hoofdauteurs van het artikel.

    Het nieuwe computermodel van Chalmers, ontwikkeld samen met collega’s in Noord-Amerika en Engeland, wijst nu de weg vooruit. Het maakt zeer nauwkeurige voorspellingen mogelijk van eigenschappen voor de isotoop lood-208 en zijn zogenaamde “neutronenhuid”.

    De dikte van de huid is belangrijk

    Het zijn de 126 neutronen in de atoomkern die een buitenste omhulsel vormen, dat kan worden omschreven als een huid. Hoe dik de huid is, hangt samen met de eigenschappen van de sterke kracht. Door de dikte van de neutronenhuid te voorspellen, kan de kennis toenemen over hoe de sterke kracht werkt, zowel in atoomkernen als in neutronensterren.

    “We voorspellen dat de neutronenhuid verrassend dun is, wat nieuwe inzichten kan geven in de kracht tussen de neutronen. Een baanbrekend aspect van ons model is dat het niet alleen voorspellingen geeft, maar ook de mogelijkheid heeft om theoretische foutmarges in te schatten. is cruciaal om wetenschappelijke vooruitgang te kunnen boeken”, zegt onderzoeksleider Christian Forssén, hoogleraar bij de afdeling Natuurkunde van Chalmers.

    Model gebruikt voor de verspreiding van het coronavirus

    Om het nieuwe rekenmodel te ontwikkelen, hebben de onderzoekers theorieën gecombineerd met bestaande gegevens uit experimentele studies. De complexe berekeningen zijn vervolgens gecombineerd met een eerder gebruikte statistische methode om de mogelijke verspreiding van het coronavirus te simuleren.

    Met het nieuwe model voor lood is het nu mogelijk om verschillende aannames over de sterke kracht te evalueren. Het model maakt het ook mogelijk om voorspellingen te doen voor andere atoomkernen, van de lichtste tot de zwaarste.

    De doorbraak zou kunnen leiden tot veel preciezere modellen van bijvoorbeeld neutronensterren en meer kennis over hoe deze worden gevormd.

    “Het doel voor ons is om meer inzicht te krijgen in hoe de sterke kracht zich gedraagt ​​in zowel neutronensterren als atoomkernen. Het brengt het onderzoek een stap dichter bij het begrijpen hoe bijvoorbeeld goud en andere elementen in neutronensterren kunnen worden gecreëerd – en uiteindelijk gaat het om het begrijpen van het universum”, zegt Christian Forssén.


    Natuurkundigen voorspellen dat neutronensterren groter kunnen zijn dan eerder gedacht


    Informatie:
    Baishan Hu et al, Ab initio-voorspellingen koppelen de neutronenhuid van 208Pb aan nucleaire krachten, NatuurNatuurkunde (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01715-8

    Geleverd door Chalmers University of Technology

    citaten: Onthulling van de mysteries van het universum onder de huid van een atoomkern (2022, 12 oktober) opgehaald op 12 oktober 2022 van https://phys.org/news/2022-10-revealing-mysteries-universe-skin-atomic.html

    Op dit document rust copyright. Afgezien van een eerlijke handel ten behoeve van eigen studie of onderzoek, mag niets worden gereproduceerd zonder schriftelijke toestemming. De inhoud wordt uitsluitend ter informatie verstrekt.