Un equipo internacional dirigido por Gaute Hagen del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía usó la supercomputadora más poderosa de Estados Unidos, Titán, para calcular la distribución de neutrones y los observables relacionados de calcio-48, un isótopo con un núcleo atómico que consta de 20 protones y28 neutrones. Calcular el núcleo desde los primeros principios reveló que la diferencia entre los radios de las distribuciones de neutrones y protones llamada "piel de neutrones" es considerablemente menor de lo que se pensaba anteriormente. La colaboración también hizo predicciones para cantidades físicas que son objetivos actuales de precisiónmediciones. Estos cálculos también afectan el tamaño de una estrella de neutrones, conectando objetos que difieren en tamaño en 18 órdenes de magnitud. El trabajo se publica en la revista Física de la naturaleza .
"Construimos un núcleo desde cero a partir de sus componentes básicos: protones y neutrones", dijo Hagen, un físico teórico que inició y dirigió el proyecto con un premio del Programa de Investigación de Carrera Temprana de la Oficina de Ciencia de DOE ". Para resolver esto fuertementeEl sistema correlacionado de 48 nucleones está lejos de ser trivial, porque es un problema complicado de muchos cuerpos de mecánica cuántica. Muchas cosas tuvieron que unirse: fuerzas nucleares precisas, algoritmos computacionales sofisticados y una herramienta poderosa como Titán en ORNL, para lograrestos resultados."
Si bien la distribución de carga eléctrica dentro del núcleo atómico es bien conocida por los experimentos que involucran la dispersión de electrones, la distribución de los neutrones, que no tienen carga eléctrica, es difícil de medir. En el núcleo de calcio-48, que tiene ocho másneutrones que protones, la distribución de neutrones se extiende más allá de la distribución de carga y por lo tanto establece el tamaño real de este núcleo ". Este es el primer cálculo realmente confiable de un núcleo tan masivo a partir de los primeros principios", dijo Hagen. "Reproducimos observables básicos para elprimera vez construyendo este núcleo desde cero. Hemos respondido una pregunta básica: ¿cuál es el tamaño del núcleo atómico? "
El equipo dirigido por ORNL calculó los radios, las energías de unión y las polarizaciones de dipolo para helio-4, oxígeno-16 y calcio-40 y reprodujo con precisión las mediciones de estos isótopos. "Ese fue un control de calidad de nuestro cálculo", dijo Hagen ".Nos da confianza sobre nuestras predicciones para el calcio-48 ".
El equipo, que incluyó socios de la Universidad de Tennessee, la Universidad Estatal de Michigan, la Universidad Tecnológica de Chalmers Suecia, TRIUMF Canadá, la Universidad Hebrea Israel, la Universidad Técnica de Darmstadt Alemania, la Universidad de Oslo Noruegay la Universidad de Trento Italia, recurrieron a Titan, un sistema Cray XK7 en Oak Ridge Leadership Computing Facility, un DOE Office of Science User en ORNL. El proyecto ejecutó el código de estructura nuclear NUCCOR Nuclear Coupled Cluster en Oak Ridge,durante aproximadamente 15 millones de horas de CPU, asignadas a través del programa Innovative and Novel Impact on Theory and Experiment.
Los investigadores del Laboratorio Jefferson se están preparando para medir el radio de neutrones del calcio-48. Un equipo de físicos, la Colaboración Darmstadt-Osaka, ya ha medido su polarización dipolar y está analizando los resultados. Los hallazgos podrían validar el trabajo del equipo de Hageny restringir futuros modelos teóricos.
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Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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