Направено е важно откритие в света на физиката на елементарните частици чрез изследване на хиперядра - редки, краткотрайни атомни системи, които включват загадъчни частици, наречени хиперони. За разлика от протоните и неутроните, които изграждат ядрата на обикновените атоми, съставени от "горни" и "долни" кварки, хипероните съдържат поне един "странен" кварк. Тези необичайни частици могат да помогнат за изследванията не само на взаимодействията между субатомните частици, но и на екстремните условия вътре в неутронните звезди.
Важно е да разберем какво се случва, когато едно ядро се превърне в хиперядро, което означава, когато един нуклон се замени с хиперон, коментира Жан-Марк Ришар (Jean-Marc Richard), професор в Университета в Лион, който не е участвал в изследването.
Когато хипероните се добавят към атомните ядра, те образуват хиперядра, които са мимолетно стабилни структури, траещи по-малко от една милиардна от секундата. Тези хиперядра обикновено се създават при високоенергийни експерименти чрез разбиване на обикновени ядра с частици като електрони, каони и пиони или теоретизирано се образуват във вътрешността на неутронни звезди под огромно налягане.
Изучаване на хиперядрата
Екип, ръководен от Улф Майснер (Ulf Meißner) от Института за усъвършенствани симулации в Юлих и Университета в Бон извършва интересен пробив, използвайки мощен инструмент, прилаган преди това за изучаване на обикновени ядра, за изследване на мистериозния свят на хиперядрата. Чрез включването на Λ-хиперони - един от най-леките видове от тези екзотични частици - те откриват нови възможности за изучаване на хиперядра и техните взаимодействия с безпрецедентно ниво на прецизност.
Кредит: Gifu University (превод НаукаOFFNews)
В основата на това изследване лежи метод, наречен теория на ефективното поле на ядрената решетка, който опростява изследването на силите, свързващи атомните ядра. Вместо да работи директно с кварките и глуоните - фундаменталните частици, отговорни за силната ядрена сила - този подход работи на ниво протони, неутрони и хиперони.
Като се фокусира върху тези съставни частици, теорията намалява сложността на изчисленията, въпреки че жертва известна прецизност в замяна на изчислителната ефективност. Този компромис позволява на изследователите да изследват ядрените взаимодействия по по-достъпен и мащабируем начин.
Тази техника включва подреждане на частици върху решетка или решетка с изключително малки разстояния от порядъка на фемтометри (една квадрилионна от метъра). Този подход замества безкрайното, непрекъснато пространство на реалността, където възникват повечето изчислителни предизвикателства поради неограничения брой точки, където могат да възникнат взаимодействия или създаване на частици.
Тези сложности правят изчисленията в пълната теория на силните взаимодействия практически невъзможни за управление. Чрез симулиране на взаимодействия в рамките на тази дискретна мрежова рамка, изследователите могат да изчислят ключови ядрени свойства, като масите и размерите на атомните ядра, като същевременно поддържат баланс между точност и осъществимост.
Въпреки че този подход е много ефективен за изучаване на обикновени ядра, разширяването му, за да включат и хиперони, е дългогодишно предизвикателство поради добавената сложност на техните взаимодействия.
В проучване, публикувано в The European Physical Journal A, изследователите са използвали своя модифициран решетъчен модел, за да изследват как Λ-хипероните взаимодействат с протоните и неутроните в хиперядрата. Тяхната теоретична рамка им позволява да изчислят силите между тези частици, които управляват структурата на хиперядрата, постигайки съгласие с експерименталните данни в граница от приблизително 5%. Това ниво на точност е впечатляващо, като се имат предвид приближенията, включени в техните изчисления.
Предишните изчисления са били ограничени до ядра с до 13 съставни части. Тази работа разширява метода до хиперядра с до 16 компонента, което е значителна стъпка напред в разбирането на хиперядрата.
Хиперядра в неутронни звезди
Астрофизичните наблюдения на неутронни звезди предлагат алтернативен път за изучаване на хиперядрата.
Екстремните плътности в ядрата на неутронните звезди биха могли да доведат до хиперони и тяхното присъствие би повлияло на измеримите свойства на звездата, като маса и радиус. Използвайки усъвършенствани рентгенови телескопи или детектори за гравитационни вълни, учените могат да извършват прецизни измервания на тези параметри.
Откриването на отклонения от настоящите модели може косвено да потвърди съществуването на хиперони и да усъвършенства представата за тяхната роля във вътрешността на неутронните звезди.
Справка: F. Hildenbrand, S. Elhatisari, Z. Ren, and U.-G. Meißner, Towards hypernuclei from nuclear lattice effective field theory, The European Physical Journal A (2024). DOI: 10.1140/epja/s10050-024-01427-y
Източник: Scientists take a closer look at rare particles called hypernuclei, Andrey Feldman, Advanced Science news
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари