Les méthodes ab initio aident les scientifiques à comprendre les collisions complexes de particules

Lorsque des noyaux atomiques et des particules subatomiques interagissent, les résultats sont incroyablement complexes. Ce sont les « problèmes à plusieurs corps » de la mécanique quantique. Pour donner un sens à ces interactions, les scientifiques créent des moyens de simplifier la gamme des résultats possibles.

Les « interactions efficaces » en sont un exemple : elles simplifient les interactions entre un nucléon (un proton ou un neutron) et un noyau atomique. Les interactions efficaces aident les scientifiques à élaborer des théories sur les réactions qui se produisent lorsque des noyaux entrent en collision entre eux ou avec des particules subatomiques.

Ces outils font partie d’un groupe de méthodes appelées théorie des champs effectifs (EFT). L’EFT est à son tour un type d’approche appelée « ab initio » ou « premiers principes ». Ab initio signifie qu’un calcul commence avec les lois établies de la physique sans aucune autre hypothèse.

Dans le cas d’interactions efficaces, travailler ab initio signifie que les physiciens utilisent des hypothèses cohérentes sur les protons et les neutrons d’un noyau pour décrire un noyau avant qu’il n’interagisse avec une autre particule, et pour décrire les protons et les neutrons après leur dispersion à partir de ce noyau.

Dans les études ab initio, les scientifiques utilisent les EFT pour calculer la manière dont les nucléons interagissent et se dispersent. Les EFT permettent aux scientifiques d’examiner différents niveaux d’énergie pour ces interactions. Ils peuvent également examiner différents niveaux de précision pour les calculs. Ces calculs aident les scientifiques à comprendre les observations issues des expériences.

Des scientifiques ont réalisé les premiers calculs de diffusion nucléon-noyau en utilisant les interactions nucléon-nucléon avec la méthode EFT. Ils ont utilisé une analyse statistique pour examiner le degré d’incertitude généré par les calculs. Cela aidera les scientifiques à interpréter le bon fonctionnement de l’approche EFT pour différentes interactions nucléon-nucléon. Cela les aidera également à interpréter les résultats des expériences de physique.

Cette étude, qui a été publié dans Examen physique Cont découvert que les outils de diagnostic utilisés par les scientifiques pour étudier les noyaux atomiques avec seulement quelques neutrons et protons peuvent également être utilisés pour étudier la diffusion des protons et des neutrons par les noyaux atomiques.

Le modèle théorique sur lequel cette étude est basée donne une bonne description de la diffusion des protons du carbone 12 et de l’oxygène 16 à basse énergie, en particulier pour la diffusion à des angles de diffusion plus avancés.

Combiner la description réussie des noyaux par des méthodes ab initio avec des approches de réactions nucléaires a été et reste un défi en physique nucléaire théorique. Relever ce défi est une tâche importante à l’ère de la Installation de faisceaux d’isotopes rares.