Forskare har nått ett genombrott när de räknat på atomkärnan hos bly. Beräkningarna, tror forskarna, kan ge ökad kunskap om rymdens neutronstjärnor.
Massiva neutronstjärnor som krockar i rymden tros kunna skapa ädla metaller som guld och platina.
Trots den enorma storleksskillnaden mellan en mikroskopisk atomkärna och en flera kilometer stor neutronstjärna är det till stora delar samma fysik som styr deras egenskaper.
Starka kraften, i stort som smått
Den gemensamma nämnaren är den starka kraften. I en atomkärna håller den samman partiklarna – protonerna och neutronerna. I en neutronstjärna förhindrar kraften att stjärnan kollapsar.
Den starka kraften påverkar allt i universum, men är svår att räkna på, inte minst när det gäller tunga neutronrika atomkärnor som bly. Men forskare vid bland annat Chalmers tekniska högskola har gjort ett försök. Närmare bestämt har de räknat på isotopen bly-208 och dess så kallade neutronskinn.
Skinnets tjocklek spelar roll
Det är de 126 neutronerna i atomkärnan som bildar ett yttre hölje, ibland benämnt som ”skinn”. Hur tjockt skinnet är hänger ihop med den starka kraften.
Genom att förutsäga tjockleken på skinnet kan kunskapen öka om hur den starka kraften fungerar – både i atomkärnor och neutronstjärnor.
– Vi förutsäger att neutronskinnet är förvånansvärt tunt, vilket kan ge nya insikter om kraften mellan neutronerna. Något som är banbrytande med vår modell är att den inte bara ger oss värden, utan också har förmågan att bedöma teoretiska felmarginaler. Det är avgörande för att kunna göra vetenskapliga framsteg, säger Christian Forssén, professor vid institutionen för fysik på Chalmers.
Modell som använts vid corona
För att ta fram den nya beräkningsmodellen har forskarna förenat teorier med befintliga data från experimentella studier. Beräkningarna har sedan kombinerats med en statistisk metod som tidigare använts för att simulera coronavirusets spridning.
Med den nya beräkningsmodellen för bly går det nu att utvärdera olika antaganden om den starka kraften. Modellen gör det också möjligt att göra beräkningar för andra atomkärnor, från de minsta till de största.
Ger mer kunskap om neutronstjärnor
Det här kan, enligt forskarna, leda till mer precisa modeller av exempelvis neutronstjärnor och ge ökade kunskaper om hur stjärnorna bildas.
– Målet för oss är att få större förståelse för hur den starka kraften beter sig i såväl neutronstjärnor som atomkärnor. Det tar forskningen ett steg närmare att förstå hur till exempel guld och andra grundämnen skulle kunna skapas i neutronstjärnor – och till syvende och sist handlar det om att förstå universum, säger Christian Forssén.
Kontakt:
Andreas Ekström, docent vid institutionen för fysik, Chalmers tekniska högskola
andreas.ekstrom@chalmers.se
Vetenskaplig artikel:
Ab initio predictions link the neutron skin of 208Pb to nuclear forces (Baishan Hu, Weiguang Jiang, Takayuki Miyagi, Zhonghao Sun, Andreas Ekström, Christian Forssén, Gaute Hagen, Jason D. Holt, Thomas Papenbrock, S. Ragnar Stroberg och Ian Vernon), Nature Physics.
