Как вращаются атомные ядра? Физики объяснили аномалию в поведении

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

1 комментарий

A
"… с помощью проецируемого Хартри-Фока с хиральным взаимодействием..."
Хоть бы раз прочитали бред автоперевода.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Почему автомобильный аккумулятор может отказать летом

Лето — пора отпусков и отдыха, и часто владельцы автомобилей отправляются в путешествие на своей машине. Но жаркая погода может стать серьезным испытанием для аккумулятора. Многие...

Как вращаются атомные ядра? Физики объяснили аномалию в поведении

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...

Как перестать транжирить «от зарплаты до зарплаты» и начать откладывать деньги, если доход позволяет: советы на личном опыте

Знакомая ситуация: получаешь зарплату и думаешь — «ну вот, теперь заживём»! А через неделю смотришь на счёт и понимаешь, что половины денег как не бывало. Ещё через неделю остаётся...

«Проблема последнего парсека» решена? Астрофизики объясняют слияние черных дыр влиянием темной материи

В центрах галактик скрываются сверхмассивные черные дыры, чья масса может в миллионы и даже миллиарды раз превосходить массу нашего Солнца. Астрономические наблюдения показывают, что эти объекты не...

Обзор и сравнение клавиатур VIGOR GK41 и VIGOR GK41 Dusk от MSI

На полках магазина не всегда одновременно бывают представлены разные модели одной линейки товаров, но понять в чем разница хочется, а сравнение в онлайн-магазине не в полной мере отражает...

Как предотвратить поломку вашего кондиционера? Профилактика и отчистка

Несомненно, кондиционеры помогают нам выжить в невыносимую летнюю жару. И не очень бы хотелось, чтобы ваш «прохладный друг» сломался в самый разгар зноя. Автор: senivpetro Источник:...