Как вращаются атомные ядра? Физики объяснили аномалию в поведении

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

В глубинах материи, на уровне элементарных частиц, мир живет по своим особым законам, непостижимым для обыденного восприятия. Квантовая механика, наука, описывающая этот микромир, полна парадоксов и загадок, бросающих вызов нашей интуиции. Одна из таких головоломок — вращение атомных ядер. Казалось бы, что может быть проще: ядро, крошечный объект в центре атома, вращается вокруг своей оси, подобно крошечной юле.

Однако не всё так просто в квантовом мире. Уже давно физики выяснили, что форма ядра, его геометрия, непосредственно влияет на характеристики этого вращения. Одни ядра имеют форму вытянутого эллипсоида, другие напоминают диск. И от этой, казалось бы, незначительной детали — вытянутости или сплюснутости — зависит то, как ядро будет реагировать на попытки его раскрутить.

Классическая физика, описывающая мир привычных нам масштабов, предсказывала, что с увеличением скорости вращения ядро, стремясь сохранить устойчивость, должно постепенно менять свою форму, приближаясь к идеальной сфере.

Момент вращения атомного ядра, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Однако эксперименты, проведенные с быстро вращающимися ядрами, показали, что реальность сложнее и интереснее классических моделей. Оказалось, что при определенных условиях ядро начинает вести себя непредсказуемо — энергия, необходимая для его раскрутки, начинает расти не так, как диктуют законы классической физики.

Это аномальное поведение ученые долгое время не могли объяснить. Возникло предположение, что дело в изменении момента инерции — величины, характеризующей сопротивление тела вращению. Ученые предположили, что при быстром вращении ядро деформируется, его момент инерции меняется, а значит, меняется и энергия, необходимая для его раскрутки.

Но всё оказалось гораздо интереснее. Разгадку тайны удалось найти только с помощью современных теоретических моделей и мощных компьютеров, способных квантово-механически точно описать поведение частиц внутри ядра. Оказалось, что при высоких скоростях вращения ядро не принимает какую-то одну фиксированную форму, как предполагали физики ранее. Вместо этого оно существует одновременно во множестве форм, находясь в состоянии так называемой квантовой суперпозиции.

Представьте себе юлу, которая одновременно вращается и как вытянутый эллипсоид, и как сплюснутый диск, и как сфера, и ещё в бесчисленном множестве промежуточных форм. Звучит невероятно с точки зрения здравого смысла, но именно так устроен квантовый мир.

Энергии как функция частоты осциллятора (ℏω) и для различных модельных пространств (Nmax), рассчитанные с помощью метода Хартри-Фока с хиральным взаимодействием 1.8/2.0(EM) и сравниваемые с данными (пунктирные горизонтальные линии). Для 40Mg мы показываем как вытянутую, так и продолговатую вращательные полосы; головка последней полосы находится примерно на 3 МэВ выше вытянутого основного состояния. На рисунках показаны сферический, пролатеральный деформированный и продолговатый деформированный эллипсоиды.
Автор: Z. H. Sun, A. Ekström, C. Forssén, G. Hagen, G. R. Jansen, T. Papenbrock arXiv:2404.00058 [nucl-th] DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2404.00058 CC-BY 4.0 Источник: arxiv.org

Каждая из этих форм вносит свой вклад в общую энергию вращения, и именно интерференция, наложение этих вкладов, приводит к тому самому аномальному поведению, которое так долго не могли объяснить ученые.

Открытие квантовой суперпозиции форм в быстро вращающихся ядрах — это не просто очередное достижение фундаментальной науки. Это окно в новый, неизведанный мир, где нет привычных нам границ и ограничений. Это ещё один шаг к пониманию того, как устроена наша Вселенная на самом фундаментальном уровне.

Дальнейшие исследования в этой области могут привести к созданию новых материалов с уникальными свойствами, к разработке новых источников энергии, к созданию квантовых компьютеров с невероятной вычислительной мощностью. Ведь кто знает, какие ещё тайны хранит в себе квантовый мир?

5 комментариев

Добавить комментарий

a
"… с помощью проецируемого Хартри-Фока с хиральным взаимодействием..."
Хоть бы раз прочитали бред автоперевода.
T
некогда, рейтинг сам себя не заработает
o
GPT-паста, как и вообще весь ixbt.live
что характерно
1
Просто дебильная статья. Деформированные ядра — это наука 50-60 годов прошлого века. Тогда же дано квантовомеханическое описание и теория спин-угловых моментов. Интерпретация спина, как вращающийся шарика — это школьная физика.
Мне кажется, что данный автор считает всех посетителей иксбита малоумными
a
Нет. У автора задача дать вал статей на «околонаучные» темы, чтобы получить немного денюжек. И неважно, это о преобразовании Хартри-Фока, расчетов генов у великих предков, или о темной материи. Тут даже Помпеи недавно затесались.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Песка в пустынях миллиарды тонн: почему его почти не используют для бетона и откуда берут строительный

На фотографии Сахары разговоры о нехватке строительного песка кажутся почти нелепыми. Дюны уходят за горизонт — строй хоть целый город. Я тоже долго думала примерно так. Но для бетонного...

Почему лук вырос крупным, но начал гнить уже через несколько недель после уборки

Крупные луковицы обычно воспринимаются как главный признак удачного сезона. Если репка ровная, тяжёлая, золотистая и почти вся одного размера, кажется, что огородник сделал всё правильно. Особенно...

«Приплыли!» Картину, какого художника народная молва приписала Репину — и что из этого вышло

Выражение «картина Репина «Приплыли» прочно укоренилось в разговорной речи и стало популярным ироническим способом обозначить нелепую, безвыходную или абсурдную ситуацию. Это устойчивое...

Пантанал — самое большое болото мира? Сравниваем его с Васюганскими болотами

В Южной Америке есть территория, где граница между сушей и водой меняется прямо на глазах. В сезон дождей реки выходят из берегов, затапливают луга и леса, соединяют отдельные озёра и превращают...

Sansui AU-D11 (1981): как японские инженеры заставили транзисторы звучать без грязи и фальши

В 1981 году японская фирма Sansui выпустила интегральный усилитель AU-D11 с неслыханной для того времени скоростью нарастания сигнала 350 В/мкс и искажениями не выше 0,005% во всем слышимом...

Сравнительный обзор двух бюджетных функциональных беспроводных наушников: Haylou Flowbuds N50 и Haylou Flowbuds N55

Haylou Flowbuds N50 и Haylou Flowbuds N55 — беспроводные наушники стоимостью около 30 долларов, оснащённые активным шумоподавлением, эквалайзером, датчиком обнаружения (одна из моделей),...