Малоизученная сила способствует стабильности атомных ядер: что обнаружили физики.

Протоны и нейтроны формируют стабильное ядро атома благодаря сильным взаимодействиям. На протяжении многих десятилетий двухнуклонная сила считалась ключевым фактором, который одновременно притягивает эти частицы и предотвращает их слишком близкое сближение. Однако теперь физики пришли к выводу, что недостаточно исследованная трехнуклонная сила также значительно влияет на стабильность атомных ядер. Результаты исследования были опубликованы в журнале Physics Letters B, сообщает Earth.

Нуклоны, состоящие из протонов и нейтронов, формируют ядра атомов. Эти элементарные частицы определяют, будет ли химический элемент стабильным или подверженным распаду. По словам ученых, в атомных ядрах действуют три силы:

• Сильное ядерное взаимодействие и электростатическая сила, которые вместе составляют двухнуклонную силу;
• Слабая трехнуклонная сила.

Современное понимание структуры атомного ядра основывается на модели оболочки ядра. В этой модели нуклоны заполняют определенные энергетические уровни, аналогично тому, как это делают электроны, хотя физика, лежащая в основе этого процесса, гораздо более сложна.

Ядерные силы играют ключевую роль в том, как атомы развиваются в недрах звезд, где новые химические элементы создаются в процессе термоядерного синтеза. Это приводит к образованию более тяжелых атомов, которые впоследствии dispersируются в космосе. Понимание того, как ядерные силы влияют на этот процесс, может улучшить модели звездной эволюции и формирования химических элементов.

Физики потратили десятилетия на разработку модели работы двухнуклонной силы, однако трехнуклонная сила, которая активируется при взаимодействии трех нуклонов одновременно, остается недостаточно исследованной.

Авторы исследования обнаружили, что эта дополнительная сила имеет удивительно большое значение для стабильности атомного ядра. Физики использовали моделирование, чтобы проанализировать, как эти взаимодействия изменяют уровни энергии внутри ядра атома.

Когда нуклоны выстраивают свои спины (собственный момент импульса) в соответствии с направлением своего движения, они переходят в состояние с более низкой энергией. Когда спины нуклонов не совпадают с их направлением движения, частицы переходят в состояние с более высокой энергией.

Различные уровни энергии формируют оболочки ядра. Исследования показали, что трехнуклонная сила увеличивает энергетический зазор между оболочками в более крупных ядрах атомов. Таким образом, эта сила оказывает почти такое же влияние на стабильность ядра атома, как и двухнуклонная сила.

Более тяжелые атомы содержат больше нуклонов, что делает эти взаимодействия еще более критичными. Если структура ядра атома стабильна, размещение большего количества нейтронов усложняется.

Когда в процессе синтеза внутри звезд образуются химические элементы, повышение стабильности в ядре затрудняет захват дополнительных нейтронов. В результате некоторые химические элементы могут формироваться медленнее или только при определенных условиях, утверждают физики.

Результаты исследования могут повлиять на прогнозирование стабильности изотопов (разных форм химических элементов) и на понимание радиоактивного распада. Физики полагают, что увеличение количества нуклонов, вероятно, еще больше усиливает трехнуклонную силу, что может сделать некоторые ядра атомов более стабильными, чем предполагают существующие модели.