Мало вивчена сила сприяє стабільності ядер атомів: що з'ясували фізики.

Протони та нейтрони разом утворюють стабільне ядро атома завдяки потужним взаємодіям. Протягом десятиліть двонуклонна сила вважалася основним фактором, який одночасно притягує ці частинки та утримує їх від занадто близького зіткнення. Тепер же фізики дійшли висновку, що малодосліджена тронуклонна сила також значно впливає на стабільність ядер атомів. Дослідження опубліковано в журналі Physics Letters B, пише Earth.

Нуклонами є протони та нейтрони, з яких складаються ядра атомів. Ці елементарні частинки впливають на те, чи є хімічний елемент стабільним, чи схильним до розпаду. За словами фізиків, в ядрі атомів діють три сили:

• Сильна ядерна взаємодія та електростатична сила, які разом утворюють двонуклонну силу;
• Менш потужна тронуклонна сила.

Фізики базують сучасне розуміння структури ядра атома на моделі оболонки атомного ядра. У цій моделі нуклони заповнюють певні енергетичні рівні, так само як це роблять електрони, хоча фізика, що лежить в основі цього процесу, є більш заплутаною.

Ядерні сили управляють тим, як атоми розвиваються в надрах зірок, де створюються нові хімічні елементи за допомогою термоядерного синтезу. Це забезпечує виробництво більш важких атомів, які врешті-решт розповсюджуються в космосі. Розуміння того, як ядерні сили формують цей процес, може покращити моделі зоряної еволюції та утворення хімічних елементів.

Фізики багато десятиліть витратили на те, щоб створити модель роботи двонуклонної сили. Але тронуклонна сила, яка діє, коли три нуклони взаємодіють одночасно, залишається малодослідженою.

Автори дослідження виявили, що ця додаткова сила на диво має велике значення для стабільності ядра атома. Фізики використовували моделювання, щоб побачити, як ці взаємодії змінюють енергетичні рівні всередині ядра атома.

Коли нуклони вирівнюють свої спіни (власний момент імпульсу) відповідно до свого напрямку руху, вони переходять у стан з нижчою енергією. Коли спіни нуклонів не відповідають їхньому напрямку руху, частинки переходять у стан з вищою енергією.

Різні енергетичні рівні формують оболонки ядра. Фізики з’ясували, що тронуклонна сила збільшує енергетичний розрив між оболонками в більших ядрах атомів. Таким чином, ця сила має майже такий же вплив на стабільність ядра атома, як і дія двонуклонної сили.

Більш важкі атоми мають більше нуклонів, тому ці взаємодії стають ще більш критичними. Якщо ядро атома має стабільну структуру, то розташування більшої кількості нейтронів стає більш складним.

Коли в результаті синтезу відбувається утворення хімічних елементів всередині зірок, то підвищення стабільності в ядрі ускладнює захоплення додаткових нейтронів. В результаті деякі хімічні елементи можуть утворюватися повільніше або за особливих умов, кажуть фізики.

Результати дослідження можуть вплинути на прогнозування стабільності ізотопів (різних версій хімічних елементів) і на розуміння радіоактивного розпаду. Фізики вважають, що більша кількість нуклонів, ймовірно, ще більше посилює тронуклонну силу, можливо, роблячи деякі ядра атомів більш стабільними, ніж це передбачають сучасні моделі.