Um estudo colaborativo apresenta um novo método para simular reações nucleares fundamentais de baixa energia em estrelas. Ao estudar os resultados destas reações, os investigadores desenvolveram um novo modelo preditivo que melhora a nossa compreensão da formação dos elementos no universo. Novas pesquisas fornecem uma forma inovadora de simular a formação de elementos nas estrelas, melhorando a nossa compreensão das reações nucleares no universo.
Uma nova pesquisa da Universidade Estadual da Carolina do Norte e da Universidade Estadual de Michigan abre uma nova maneira de modelar reações nucleares de baixa energia que são fundamentais para a formação de elementos dentro das estrelas. Esta pesquisa estabelece as bases para cálculos de como os núcleons interagem quando as partículas são carregadas.
Prever a maneira como os núcleos atômicos – grupos de prótons e nêutrons, chamados coletivamente de núcleons – se combinam para formar núcleos maiores de compostos é um passo importante na compreensão de como os elementos nas estrelas são formados.
Como as interações nucleares relevantes são difíceis de medir experimentalmente, os físicos usam redes numéricas para modelar esses sistemas. A rede finita usada em tais simulações numéricas é essencialmente uma caixa imaginária que envolve um grupo de núcleons, que os físicos podem usar para calcular as propriedades dos núcleos formados a partir dessas partículas.
Pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte e da Universidade Estadual de Michigan desenvolveram um novo método para simular reações nucleares de baixa energia que são essenciais para a compreensão da formação de elementos nas estrelas. Sua abordagem envolve a análise dos produtos finais da reação em uma rede numérica para inferir as propriedades da reação. Isto resultou numa nova fórmula que melhora as previsões destas reações nucleares, fornecendo informações sobre como os elementos são sintetizados no universo. Fonte: Sebastian Koenig
Desafios de simular reações de baixa energia
No entanto, até agora, tais simulações não conseguiram prever as propriedades das reações de baixa energia envolvendo aglomerados carregados gerados a partir de múltiplos prótons. Isto é importante porque estas reações de baixa energia são cruciais para, por exemplo, a formação de elementos nas estrelas.
Sebastian König, professor assistente de física na Universidade Estadual da Carolina do Norte e autor correspondente do estudo, disse:"Embora a 'força nuclear forte' mantenha prótons e nêutrons juntos no núcleo, a repulsão eletromagnética entre os prótons desempenha um papel importante na estrutura geral e na dinâmica do núcleo. Esta força é especialmente forte nas energias mais baixas, onde ocorrem muitos processos importantes que sintetizam os elementos que compõem o mundo como o conhecemos. Mas é extremamente desafiador para a teoria prever essas interações. "
Para resolver este problema, Koenig e colegas decidiram trabalhar de trás para frente. Seu método analisa o resultado final da reação dentro da rede cristalina – o núcleo composto – e depois trabalha de trás para frente para descobrir as propriedades e energias envolvidas na reação.
“Não estamos calculando a reação em si, mas observando a estrutura do produto final”, disse Koenig. "À medida que alteramos o tamanho da 'caixa', a simulação e os resultados mudam. A partir desta informação, podemos realmente extrair os parâmetros que determinam o que acontece quando estas partículas carregadas interagem."
“A derivação da fórmula foi inesperadamente desafiadora, mas o resultado final é bastante bonito e tem um valor de aplicação importante”, acrescentou Yu Hang, primeiro autor do trabalho e estudante de pós-graduação na Universidade Estadual da Carolina do Norte.
Desenvolva novas fórmulas de previsão
Com base nessas informações, a equipe de pesquisa desenvolveu uma fórmula e a testou em relação a cálculos de referência avaliados por métodos tradicionais para garantir que os resultados fossem precisos e pudessem ser usados em aplicações futuras.
“Este é um trabalho de base que nos diz como analisar simulações para extrair os dados que precisamos para melhorar as previsões de reações nucleares”, disse Koenig. "O universo é enorme, mas para compreendê-lo, é preciso estudar os seus mais ínfimos componentes. É isso que fazemos aqui - concentrar-nos nos pequenos detalhes para melhor informar as nossas análises gerais."