科学家在研究铅原子核时取得突破 有助于揭开宇宙之谜

查尔姆斯理工大学的研究人员在最近发表在科学杂志《自然-物理学》上的一篇文章中介绍了在计算重型稳定元素铅的原子核方面取得的突破。

尽管一个微观的原子核和一个几公里大小的中子星之间存在着巨大的尺寸差异，但基本上是相同的物理学在支配着它们的特性。其共同点是强力将原子核中的粒子--质子和中子--固定在一起。同样的力也阻止了中子星的坍缩。尽管强力是宇宙的基础，但很难将其纳入计算模型中。当涉及到像铅这样的富含中子的重原子核时，情况尤其如此。因此，科学家们在具有挑战性的计算中与许多未解答的问题进行了斗争。

“为了了解强作用力在富含中子的物质中是如何工作的，我们需要在理论和实验之间进行有意义的比较。因此，除了在实验室和用望远镜进行的观测外，还需要可靠的理论模拟。我们的突破意味着我们已经能够对最重的稳定元素--铅进行这样的计算，”文章的主要作者之一、查尔姆斯理工大学物理系副教授Andreas Ekström说。

查尔姆斯理工大学的新计算机模型是与北美和英国的同事共同开发的，现在为我们指明了前进的道路。它能够对同位素*铅-208及其所谓的"中子皮肤"的特性进行高精度预测。

正是原子核中的126个中子形成了一个外包层，可以说是一个“皮肤”。这层“皮”有多厚，与强作用力的特性有关。通过预测中子表皮的厚度，可以增加关于强力如何工作的知识--无论是在原子核还是在中子星中。

“我们预测中子表皮出奇地薄，这可以为中子之间的力提供新的见解。我们模型的一个突破性方面是，它不仅提供预测，而且有能力评估理论上的误差范围。”研究负责人、查尔姆斯大学物理系教授Christian Forssén说：“这对于能够取得科学进步至关重要。”

为了开发新的计算模型，研究人员将理论与来自实验研究的现有数据相结合。然后将复杂的计算结果与之前用于模拟冠状病毒可能传播的统计方法相结合。

有了铅的新模型，现在可以评估关于强力的不同假设。该模型也使得对其他原子核，从最轻到最重的原子核进行预测成为可能。

这一突破可能会导致更精确的模型，例如中子星，并增加对其形成过程的了解。

“我们的目标是对中子星和原子核中的强作用力的表现有更多的了解。”Christian Forssén说：“这使我们的研究离了解例如黄金和其他元素如何在中子星中被创造出来更近了一步--在最后，这是关于了解宇宙的。”