Bí ẩn vũ trụ dưới lớp vỏ của các hạt nhân nguyên tử
Các ngôi sao neutron siêu khối lượng trong không gian được cho là có thể tạo ra các kim loại quý như vàng và bạch kim. Các đặc tính của những ngôi sao này vẫn còn là một bí ẩn nhưng câu trả lời nằm dưới lớp vỏ của một trong những khối cơ bản nhỏ nhất trên trái đất – một hạt nhân nguyên tử chì.
Tuy nhiên việc “bắt” các hạt nhân của nguyên tử chì tiết lộ những bí mật của lực tương tác mạnh chế ngự thế giới bên trong các ngôi sao neutron là điều hết sức khó khăn.
Hiện thời một mô hình tính toán mới của trường đại học Công nghệ Chalmers Thụy Điển có thể đem đến câu trả lời.
Trong một bài báo mới xuất bản trên tạp chí Nature Physics, các nhà nghiên cứu ở Chalmers đã trình bày một đột phá tính toán các hạt nhân nguyên tử cả nguyên tố nặng và bền như chì 1.
Lực tương tác mạnh đóng vai trò chính
Bất chấp sự khác biệt về độ lớn kích thước giữa các hạt nhân nguyên tử ở cấp độ vi mô và một ngôi sao neutron có kích thước hàng chục ki lô mét, có một thứ vật lý cùng ảnh hưởng lên các đặc tính của chúng. Mẫu số chung này là lực tương tác mạnh, lực có thể giữ được các hạt lại với nhau – các proton và các neutron – trong một hạt nhân nguyên tử.
Lực tương tác mạnh này cũng ngăn cho một ngôi sao neutron khỏi suy sụp. Dù chính là thứ lực cơ bản của vũ trụ này nhưng thật khó để đưa nó vào các mô hình tính toán, ít nhất là với các hạt nhân nguyên tử giàu neutron nặng như chì. Do đó, các nhà nghiên cứu đã phải vật lộn với những câu hỏi chưa thể trả lời trong những thách thức tính toán của mình.
Một cách thực tế để tính toán
“Để hiểu về cách lực tương tác mạnh hoạt động trong vật chất giàu neutron, chúng tôi cần những so sánh thực sự ý nghĩa giữa lý thuyết và thực nghiệm. Và cần phải có các mô phỏng lý thuyết thực tại để bổ sung vào các quan sát trong phòng thí nghiệm và quan sát qua kính viễn vọng. Đột phá của chúng tôi nghĩa là chúng tôi đã có thể đem ra những tính toán về các nguyên tố bền nặng nhất – chì”, Andreas Ekström, phó giáo sư Khoa Vật lý tại ĐH Chalmers và là một trong số những tác giả chính của bài báo, nói.
Mô hình trên máy tính mới của các nhà nghiên cứu Chalmers phát triển cùng với các đồng nghiệp ở Bắc Mĩ và Anh, hiện giờ đã chứng tỏ được con đường. Nó có khả năng dự đoán với độ chính xác cao các đặc tính của đồng vị chì-208 và cái gọi là “da neutron”.
Độ dày của lớp da vật chất
Đó là 126 neutron trong hạt nhân nguyên tử chì hình thành một lớp áo bên ngoài, hoặc có thể được miêu tả như một lớp da. Độ dày của lớp da này có liên quan đến các đặc tính của lực tương tác mạnh. Bằng việc dự đoán độ dày của lớp da neutron, hiểu biết về lực tương tác mạnh hoạt động có thể được bồi đắp thêm – cả trong các hạt nhân nguyên tử và các ngôi sao neutron.
“Chúng tôi dự đoán da neutron mỏng một cách đáng ngạc nhiên, điều này có thể đem lại những cái nhìn mới vào lực tương tác giữa các neutron. Một khía cạnh đột phá trong mô hình của chúng tôi là không chỉ đem lại các dự đoán mà còn có khả năng đánh giá được các đường biên lý thuyết của nhiễu. Đây là điều quan trọng cho việc hình thành các tiến trình thực nghiệm”, Christian Forssén, giáo sư Khoa Vật lý tại Chalmers và là người dẫn dắt nghiên cứu này, cho biết.
Mô hình hữu dụng cho miêu tả sự lây lan của coronavirus
Để phát triển mô hình tính toán mới, các nhà nghiên cứu đã kết hợp các lý thuyết với dữ liệu hiện có từ những nghiên cứu thực nghiệm. Các tính toán phức tạp đã được kết hợp với một phương pháp thống kê trước đây từng sử dụng để mô phỏng khả năng lan truyền của coronavirus.
Với mô hình mới dành cho chì, hiện tại chúng ta có thể đánh giá được các giả định khác nhau về lực tương tác mạnh. Mô hình này còn giúp đem lại những dự đoán về các hạt nhân nguyên tử khác, từ nhẹ nhất đến nặng nhất.
Đột phá này có thể dẫn đến nhiều mô hình chính xác hơn của các ngôi sau neutron và gia tăng hiểu biết của chúng ta về cách chúng được hình thành.
“Mục tiêu với chúng tôi là có thêm hiểu biết nhiều hơn về cách lực tương tác mạnh hành xử ở trên các ngôi sao neutron và các hạt nhân nguyên tử. Ví dụ chúng ta cần hiểu biết hơn về vàng và các nguyên tố khác có thể được tạo ra trong các ngôi sao neutron – và cuối cùng là hiểu biết về vũ trụ này”, Christian Forssén nói.
Nhân Vũ tổng hợp
Nguồn: https://phys.org/news/2022-10-revealing-mysteries-universe-skin-atomic.html
https://www.eurekalert.org/news-releases/966968
———————————————–
1. https://www.nature.com/articles/s41567-022-01715-8
