یک مطالعه جدید ساختار دقیق مرکز اتم کربن را بررسی می‌کند و اهمیت حالت هویل را برجسته می‌کند و دیدگاه‌های تازه‌ای در مورد نحوه چیدمان ذرات هسته‌ای ارائه می‌دهد. این تحقیق می تواند به اکتشافات بیشتری در فیزیک هسته ای منجر شود.
آیا تا به حال فکر کرده اید که درون اتم کربن چیست؟ تحقیقات اخیر که توسط Forschungszentrum Jülich، دانشگاه ایالتی میشیگان و دانشگاه بن انجام شده است، اولین پاسخ جامع را به این سوال دیرینه ارائه می دهد.
در مطالعه، محققان تمام حالات مختلف انرژی در هسته، از جمله حالت مرموز هویل را شبیه سازی کردند. این حالت بسیار مهم است زیرا بدون آن، کربن و اکسیژن بسیار کمی در جهان وجود خواهد داشت. این مطالعه که در ژورنال Nature Communications منتشر شده است، بینشی در مورد چگونگی ساخت هسته و نحوه رفتار آن به ما می دهد.
ترکیب و دینامیک هسته اتم کربن
به طور معمول، مرکز یک اتم کربن دارای شش پروتون و شش نوترون است، اما دانشمندان در مورد نحوه چینش این ذرات متحیر شده‌اند. وقتی هسته در معرض تابش پر انرژی قرار می گیرد، آرایش تغییر می کند. یافتن این پاسخ‌ها فقط یک کنجکاوی علمی نیست، بلکه به حل معمای وجود کربن بسیار زیاد، عنصر اساسی برای حیات، در فضا نیز کمک می‌کند.
تکامل عنصری جهان
با اندیشیدن به روزهای اولیه کیهان پس از انفجار بزرگ ، که عمدتاً هیدروژن و هلیوم وجود داشتند، کربن بعداً از طریق همجوشی هسته‌های هلیوم در ستارگان پیر ظاهر شد. حالت هویل که توسط ستاره‌شناس بریتانیایی فرد هویل در دهه ۱۹۵۰ پیشنهاد شد، برای این فرآیند بسیار مهم است زیرا به هسته‌های هلیوم کمک می‌کند تا به هسته‌های کربن تبدیل شوند.
تکنیک های شبیه سازی پیشرفته
حدود ده سال پیش، محققان با استفاده از شبیه‌سازی‌های پیشرفته، سعی کردند حالت هویل را شبیه‌سازی کنند، اما نتوانستند فرضیات خود را در مورد نحوه چینش پروتون‌ها و نوترون‌ها در هسته کربن تأیید کنند.
زمان محاسبه: پنج میلیون ساعت پردازنده
در این مطالعه اخیر، یک روش پیچیده برای محدود کردن موقعیت‌های احتمالی نوکلئون‌ها، ذرات موجود در هسته مورد استفاده قرار گرفت و امکان محاسبه حرکت آنها را فراهم کرد. نتایج به دست آمده از طریق محاسبات گسترده در ابررایانه JEWELS در Forschungszentrum Jülich، نشان می‌دهد که ذرات هسته‌ای به گروه‌های دو نوترون و هر کدام دو پروتون دسته بندی می‌شوند. این امر حضور سه هسته هلیوم را در آرایش های فضایی مختلف حفظ می کند.
مشاهده ساختار هسته
این مطالعه نه تنها به ما کمک می‌کند تا هسته کربن را بهتر درک کنیم، بلکه زمینه را برای شبیه‌سازی هسته‌های دیگر فراهم می‌کند و بینش جدیدی در مورد فیزیک هسته‌ای ارائه می‌دهد. همکاری بین Forschungszentrum Jülich، دانشگاه ایالتی میشیگان، آکادمی فیزیک مهندسی چین و دانشگاه بن، با حمایت منابع مالی مختلف، در امکان‌پذیر ساختن این تحقیق بسیار مهم بود.
منابع
