Как вращаются атомные ядра? Физики объяснили аномалию в поведении

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

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
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.
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

Главная проблема зеленой энергетики — это... пузырьки газа: как ученые перехитрили физику электролиза

Производство экологически чистого водорода с помощью электролиза воды — один из базовых процессов современной энергетики. Устройство электролизера принципиально простое: в емкость с...

«ВАЗ-2115: как появилась „пятнашка“ и чем она живёт спустя четверть века»

ВАЗ-2115 появилась в продаже в 1997 году и выпускалась до конца 2012-го. За это время менялись двигатели, оснащение и требования покупателей, но сама машина оставалась узнаваемой. Узкие фары,...

В бирманском янтаре нашли самое длинное перо динозавра. Оно объяснило, почему ящеры с крыльями не могли летать

Способность современных птиц летать напрямую зависит от того, как устроены их перья на микроскопическом уровне. Во время взмаха крыло испытывает сильное сопротивление воздуха, поэтому каждое...

Как один бензовоз перевозит АИ-92, АИ-95 и дизель, не смешивая топливо

Представьте обычную ситуацию на заправке. Подъезжает бензовоз, водитель готовит оборудование для разгрузки, а затем из одной машины пополняют запасы сразу нескольких видов топлива. В одном...

В озёра выпустили креветок, чтобы помочь лососю — в результате лосось исчез, а вместе с ним ушли сотни белоголовых орланов

В начале 1980-х осенью к ручью Макдональд-Крик в национальном парке Глейшер слетались сотни белоголовых орланов. Их привлекала рыба: кокани, пресноводная форма нерки, поднималась сюда на нерест из...

Ugreen Studio Max5s: обзор доступных полноразмерных беспроводных наушников с LDAC и автономностью 112 часов

Ugreen Studio Max5s это обновление популярных наушников Ugreen Max5с, которые уже пару лет являются настоящим бестселлером. В новой версии Max5s поработали над звуком, сделав его более...