Un estudio colaborativo introduce un nuevo método para simular reacciones nucleares fundamentales de baja energía en las estrellas. Al estudiar los resultados de estas reacciones, los investigadores desarrollaron un nuevo modelo predictivo que mejora nuestra comprensión de la formación de elementos en el universo. Una nueva investigación proporciona una forma innovadora de simular la formación de elementos en las estrellas, mejorando nuestra comprensión de las reacciones nucleares en el universo.
Una nueva investigación de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Universidad Estatal de Michigan abre una nueva forma de modelar reacciones nucleares de baja energía que son clave para la formación de elementos dentro de las estrellas. Esta investigación sienta las bases para los cálculos de cómo interactúan los nucleones cuando las partículas están cargadas.
Predecir la forma en que los núcleos atómicos (grupos de protones y neutrones, denominados colectivamente nucleones) se combinan para formar núcleos más grandes de compuestos es un paso importante para comprender cómo se forman los elementos en las estrellas.
Debido a que las interacciones nucleares relevantes son difíciles de medir experimentalmente, los físicos utilizan redes numéricas para modelar estos sistemas. La red finita utilizada en tales simulaciones numéricas es esencialmente una caja imaginaria que rodea un grupo de nucleones, que los físicos pueden usar para calcular las propiedades de los núcleos formados a partir de estas partículas.
Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Universidad Estatal de Michigan han desarrollado un nuevo método para simular reacciones nucleares de baja energía que son fundamentales para comprender la formación de elementos en las estrellas. Su enfoque implica analizar los productos finales de la reacción en una red numérica para inferir las propiedades de la reacción. Esto dio como resultado una nueva fórmula que mejora las predicciones de estas reacciones nucleares y proporciona información sobre cómo se sintetizan los elementos en el universo. Fuente: Sebastián Koenig
Desafíos de simular reacciones de baja energía
Sin embargo, hasta ahora estas simulaciones han carecido de una forma de predecir las propiedades de reacciones de baja energía que involucran grupos cargados generados a partir de múltiples protones. Esto es importante porque estas reacciones de baja energía son cruciales, por ejemplo, para la formación de elementos en las estrellas.
Sebastian König, profesor asistente de física en la Universidad Estatal de Carolina del Norte y autor correspondiente del estudio, dijo: "Mientras que la 'fuerza nuclear fuerte' mantiene unidos a los protones y neutrones en el núcleo, la repulsión electromagnética entre protones juega un papel importante en la estructura general y la dinámica del núcleo. Esta fuerza es especialmente fuerte en las energías más bajas, donde ocurren muchos procesos importantes que sintetizan los elementos que componen el mundo tal como lo conocemos. Pero es extremadamente difícil para la teoría predecir estos interacciones."
Para resolver este problema, Koenig y sus colegas decidieron trabajar al revés. Su método analiza el resultado final de la reacción dentro de la red cristalina (el núcleo compuesto) y luego trabaja hacia atrás para descubrir las propiedades y energías involucradas en la reacción.
"No estamos calculando la reacción en sí, sino observando la estructura del producto final", dijo Koenig. "A medida que cambiamos el tamaño de la 'caja', la simulación y los resultados cambian. A partir de esta información, podemos extraer los parámetros que determinan lo que sucede cuando estas partículas cargadas interactúan".
"La derivación de la fórmula fue inesperadamente desafiante, pero el resultado final es bastante hermoso y tiene un importante valor de aplicación", añadió Yu Hang, primer autor del trabajo y estudiante de posgrado en la Universidad Estatal de Carolina del Norte.
Desarrollar nuevas fórmulas de pronóstico
Con base en esta información, el equipo de investigación desarrolló una fórmula y la probó con cálculos de referencia evaluados mediante métodos tradicionales para garantizar que los resultados fueran precisos y pudieran usarse en aplicaciones futuras.
"Este es un trabajo previo que nos dice cómo analizar simulaciones para extraer los datos que necesitamos para mejorar las predicciones de las reacciones nucleares", dijo Koenig. "El universo es enorme, pero para comprenderlo hay que estudiar sus componentes más pequeños. Eso es lo que hacemos aquí: centrarnos en los pequeños detalles para informar mejor nuestros análisis generales".