Успехи в теоретическом моделировании атомных ядер

Эти и другие особенности делают теоретическое моделирование атомных ядер сложной задачей.

Объект ISOLDE, вид сверху. 

Однако в последние несколько десятилетий теоретические расчеты ab initio, которые пытаются описать ядра из первых принципов, начали менять наше понимание ядер. Эти расчеты требуют меньшего количества предположений, чем традиционные ядерные модели, и обладают большей предсказательной силой.

Тем не менее, поскольку пока их можно использовать только для предсказания свойств ядер до определенной атомной массы, их нельзя всегда сравнивать с так называемыми вычислениями DFT, которые также являются фундаментальными и мощными и существуют дольше.

Такое сравнение необходимо для построения ядерной модели, применимой во всех сферах.

В статье, только что опубликованной в Письма о физическом обзореМеждународная команда на установке ISOLDE в ЦЕРНе показывает, как уникальное сочетание высококачественных экспериментальных данных и нескольких ядерно-физических расчетов ab initio и DFT привело к превосходному согласию между различными расчетами, а также между данными и расчетами.

«Наше исследование показывает, что прецизионная ядерная теория из первых принципов больше не является мечтой», — говорит Стефан Мальбруно из ЦЕРНа, первый автор статьи. «В нашей работе расчеты согласуются друг с другом, а также с нашими данными ISOLDE по ядрам никеля с точностью до небольшой теоретической погрешности».

Используя набор экспериментальных методов в ISOLDE, днепр доставка цветов включая метод обнаружения света, излучаемого короткоживущими атомами при воздействии на них лазерным светом, Мальбруно и его коллеги определили (зарядовые) радиусы ряда короткоживущих ядер никеля, которые имеют одинаковое количество протонов, 28, но разное количество нейтронов.

Эти 28 протонов заполняют полную оболочку внутри ядра, в результате чего ядра становятся более прочно связанными и стабильными, чем их ядерные соседи.

Такие «магические» ядра являются отличными тестами для ядерных теорий, а с точки зрения их радиуса ядра никеля — это последние неисследованные магические ядра, масса которых находится в области масс, в которой могут быть выполнены как расчеты ab initio, так и DFT.

Сравнив данные радиусов ISOLDE с тремя расчетами ab initio и одним расчетом DFT, исследователи обнаружили, что расчеты согласуются с данными, а также друг с другом, с теоретической погрешностью в одну сотую.

«Согласие на таком уровне точности демонстрирует, что в конечном итоге станет возможным построить модель, применимую ко всей таблице ядер», — говорит Мальбруно.