Προβλέποντας τα όρια των ατομικών πυρήνων

Μεταξύ του τεράστιου αριθμού των δυνατών πυρηνικών ισοτόπων, πολύ λίγα είναι σταθερά. Απλώνονται επάνω από έναν ορισμένο μαζικό αριθμό – προσθέτοντας νετρόνια σε ένα στοιχείο του Περιοδικού Πίνακα – και τελικά ο αντίστοιχος πυρήνας δεν μπορεί να υπάρξει επειδή χάνει νουκλεόνια. Το «περίβρεγμα» νετρονίων που προσδιορίζει αυτό το όριο της ύπαρξης ανακαλύφθηκε πειραματικά για τα στοιχεία μέχρι το νέον. Τώρα, χρησιμοποιώντας μια θεωρητική προσέγγιση πρώτων αρχών, ο Ragnar Stroberg από το Πανεπιστήμιο της Washington, στο Seattle, και οι συνάδελφοί του έχουν προβλέψει το χάρτη της πυρηνικής ύπαρξης μέχρι τον σίδηρο.

Η μελέτη αυτή δεν είναι η πρώτη προσπάθεια για να εξερευνηθεί η ακραία, πλούσια σε νετρόνια, περιοχή του πυρηνικού τοπίου θεωρητικά: μια προηγούμενη έρευνα χρησιμοποίησε προσεγγιστικές μεθόδους για να προβλέψει περίπου 7000 δέσμια νουκλίδια μεταξύ του ήλιου και του στοιχείου 120. Ο Stroberg και οι συνάδελφοί τους, ωστόσο, απέκτησαν ένα πρώτο χάρτη με βάση την «εξ αρχής» [ab initio] πυρηνική θεωρία. Ξεκινώντας από αλληλεπιδράσεις δύο και τριών νουκλεονίων, έλυσαν την εξίσωση Schrödinger πολλών σωμάτων, για να προβλέψουν τις ιδιότητες των πυρήνων μέχρι τον σίδηρο. Για την αξιόπιστη αντιμετώπιση ελαφρών έως μέσης μάζας στοιχείων, συνδύασαν μια καινοτόμο εξ αρχής μέθοδο πολλών σωμάτων (in-medium similarity renormalization group), με μια επέκταση που μπορεί να χειρίζεται μερικώς γεμάτα πυρηνικά τροχιακά.

Η ομάδα υπολόγισε τις ενέργειες βασικής κατάστασης για σχεδόν 700 ισότοπα. Οι ενέργειες που επιτεύχθηκαν, οι οποίες συμφωνούν αξιοσημείωτα καλά με τις μετρήσεις που έγιναν μέχρι τώρα, στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν ως βάση για να προσδιορίσουν τις θέσεις για το «περίβρεγμα», συμπεριλαμβανομένων των θεωρητικών αβεβαιοτήτων. Οι ερευνητές πρόσφατα εφάρμοσαν την εργασία τους στα βαρύτερα στοιχεία. Αυτός ο διευρυμένος χάρτης θα παρέχει αξιόπιστα εισιόντα για τις προσομοιώσεις σχηματισμού ισοτόπων πλούσιων σε νετρόνια, όπως εκείνα που δημιουργούνται στις συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων.