Wenn Atomkerne und subatomare Teilchen interagieren, sind die Ergebnisse unglaublich komplex. Dies sind die „Vielteilchenprobleme“ der Quantenmechanik. Um diese Interaktionen besser zu verstehen, entwickeln Wissenschaftler Möglichkeiten, die Bandbreite möglicher Ergebnisse zu vereinfachen.
Ein Beispiel sind „effektive Wechselwirkungen“, die die Wechselwirkungen zwischen einem Nukleon (einem Proton oder einem Neutron) und einem Atomkern vereinfachen. Effektive Wechselwirkungen helfen Wissenschaftlern, Theorien über die Reaktionen zu entwickeln, die entstehen, wenn Kerne miteinander oder mit subatomaren Teilchen kollidieren.
Diese Werkzeuge sind Teil einer Gruppe von Methoden, die als effektive Feldtheorie (EFT) bezeichnet werden. EFT wiederum ist ein Ansatz, der „ab initio“ oder „erste Prinzipien“ genannt wird. Ab initio bedeutet, dass eine Berechnung mit den etablierten Gesetzen der Physik ohne weitere Annahmen beginnt.
Im Fall effektiver Wechselwirkungen bedeutet „ab initio“ zu arbeiten, dass die Physiker konsistente Annahmen über die Protonen und Neutronen in einem Kern verwenden, um sowohl einen Kern zu beschreiben, bevor er mit einem anderen Teilchen wechselwirkt, als auch um die Protonen und Neutronen zu beschreiben, nachdem sie von diesem Kern gestreut wurden.
In Ab-initio-Studien verwenden Wissenschaftler EFTs, um zu berechnen, wie Nukleonen interagieren und streuen. EFTs ermöglichen es Wissenschaftlern, verschiedene Energieniveaus für diese Interaktionen zu untersuchen. Sie können auch verschiedene Genauigkeitsgrade für die Berechnungen untersuchen. Diese Berechnungen helfen Wissenschaftlern, Beobachtungen aus Experimenten zu verstehen.
Nun haben Wissenschaftler die ersten Nukleon-Kern-Streuberechnungen unter Verwendung von Nukleon-Nukleon-Wechselwirkungen mit EFT durchgeführt. Sie verwendeten statistische Analysen, um zu untersuchen, wie viel Unsicherheit die Berechnungen erzeugen. Dies wird Wissenschaftlern dabei helfen zu interpretieren, wie gut der EFT-Ansatz für verschiedene Nukleon-Nukleon-Wechselwirkungen funktioniert. Es wird ihnen auch dabei helfen, die Ergebnisse physikalischer Experimente zu interpretieren.
Diese Studie, die veröffentlicht In Körperliche Überprüfung Cfanden heraus, dass die Diagnosewerkzeuge, die Wissenschaftler zur Untersuchung von Atomkernen mit nur wenigen Neutronen und Protonen verwenden, auch zur Untersuchung der Streuung von Protonen und Neutronen an Atomkernen eingesetzt werden können.
Das dieser Studie zugrunde liegende theoretische Modell liefert eine gute Beschreibung der Streuung von Protonen an Kohlenstoff-12 und Sauerstoff-16 bei niedrigen Energien, insbesondere bei der Streuung bei weiter vorne liegenden Streuwinkeln.
Die erfolgreiche Beschreibung von Kernen mit Ab-initio-Methoden mit Ansätzen zu Kernreaktionen zu kombinieren, war und ist eine Herausforderung in der theoretischen Kernphysik. Die Bewältigung dieser Herausforderung ist eine wichtige Aufgabe im Zeitalter der Anlage für seltene Isotopenstrahlen.
Mehr Informationen:
RB Baker et al, Ab initio Nukleon-Kern elastische Streuung mit chiralen effektiven Feldtheorie Unsicherheiten, Körperliche Überprüfung C (2022). DOI: 10.1103/PhysRevC.106.064605