La investigación dirigida por la Universidad Estatal de Carolina del Norte arroja nueva luz sobre las formas en que los protones y los neutrones pueden unirse e incluso experimentar una transición de fase cuántica. El trabajo tiene implicaciones para comprender las conexiones entre las interacciones nucleares y la estructura nuclear que se encuentran en la naturaleza.
El físico del estado de Carolina del Norte, Dean Lee, y sus colaboradores están interesados en descubrir exactamente cómo se unen los protones y los neutrones para formar núcleos. Estas partículas son los bloques de construcción del universo, que se unen para formar núcleos como Helio-4, o partículas alfa, que ena su vez, juegan un papel en la síntesis de carbono y oxígeno dentro de las estrellas.
Los protones y los neutrones pueden girar hacia arriba o hacia abajo, y estos cuatro nucleones distintos pueden combinarse para formar núcleos. Dado que dos nucleones del mismo tipo y giro no pueden ocupar el mismo estado, el núcleo Helium-4 es especial ya que escompuesto por uno de cada tipo de nucleón: variedades giratorias hacia arriba y hacia abajo de protones y neutrones.
Lee, junto con colegas de la Universidad de Bonn, la Universidad de Bochum, Forschungszentrum Juelich y la Universidad Estatal de Mississippi realizaron simulaciones cuánticas de Monte Carlo en una red numérica para predecir cómo los protones y los neutrones forman núcleos, y cómo esos núcleos interactúan entre sí. Se centraron enla forma de las interacciones entre nucleones. Específicamente, consideraron dos tipos de interacciones: interacciones locales, donde las posiciones de las partículas no cambian entre sí, e interacciones no locales, donde las posiciones cambian.
Lee y sus colegas realizaron simulaciones de núcleos de hasta 20 nucleones formados por interacciones locales y no locales. Su intención inicial era hacer que las simulaciones fueran más eficientes, pero rápidamente descubrieron algo más interesante.
"Encontramos una transición de fase cuántica que no esperábamos ver", dice Lee. "Cuando juntamos dos núcleos de Helio-4 o partículas alfa usando una interacción local para los nucleones, se unieron, pero conlas interacciones locales no lo hicieron. La interacción entre las partículas alfa a temperatura cero determinó si terminamos con un gas Bose o un líquido nuclear. Y esas interacciones de partículas alfa dependían de la fuerza y la localidad de las interacciones de los nucleones.
"Lo que esto nos dice es que la naturaleza misma está cerca de una inestabilidad que no habíamos visto antes", agrega Lee. "Si cambias un pequeño parámetro, las cosas en nuestro universo podrían ser muy diferentes. Estas simulaciones ofrecen una gran ventanaen cómo las fuerzas están conectadas a la estructura "
La investigación aparece en Cartas de revisión física .
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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