Тайна возникновения кислорода
Кислород-16, один из ключевых для земной жизни элементов, возникает в серии реакций внутри красных гигантов. Международный коллектив физиков показал, как форма ядра атомов кислорода меняется в зависимости от его состояния – а вот на спин и чётность оно, видимо, не влияет.
Форма ядра основного и первого возбужденного состояния кислорода.
Углерод и кислород возникают при сжигании гелия в недрах звезд – красных гигантов. Углерод-12 образуется, когда три ядра гелия-4 соединяются очень специфическим образом (так называемый тройной альфа-процесс); кислород-16 – это сочетание углерода-12 и ядра гелия-4.
Хотя физикам известно, из чего сделан кислород-16, их ставит в тупик такой факт: этот элемент и в основном, и в первом возбужденном состоянии обладает нулевым спином и положительной четностью. Аналогичная ситуация имеет место и с углеродом-12 (с его основным состоянием и вторым нулево-спинным, так называемым хойлевским, состоянием).
При комнатной температуре наблюдается только основное состояние кислорода-16. Возбужденное состояние этого элемента становится важно уже для реакций по сжиганию гелия внутри звезд.
«Все ожидали, что в основном состоянии у кислорода-16 будет нулевой спин и положительная четность. Сюрпризом для нас стало то, что в первом возбужденном состоянии эти свойства не меняются.
Так в чем же истинное различие между двумя состояниями? Чтобы понять это, мы взглянули на структуру восьми протонов и восьми нейтронов в кислороде-16»,
— рассказывает один из авторов статьи Дин Ли (Dean Lee), физик из Университета Северной Каролины.
Ли и его коллеги разработали новый метод описания всех возможных способов связи протонов и нейтронов в таких ядрах, как углерод-12. Они назвали его «теория эффективного поля»; он основывается на сложной численной решетке и позволяет ученым создать модели взаимодействия частиц.
Выяснилось, что несмотря на одинаковые параметры (спина и четности) у основного и первого возбужденного состояния кислорода-16, структурно они очень различны. В основном состоянии протоны и нейтроны располагаются в форме тетраэдра из четырех альфа-кластеров, в каждом из которых содержится по два протона и два нейтрона.
А в первом возбужденном состоянии альфа-кластеры расположены в форме квадрата.
«Мы все еще слабо понимаем, как кислород-16 получается из углерода-12 – как на теоретическом, так и на экспериментальном уровне. Решеточные модели помогли нам взглянуть на структуру кислорода-16 в низкоэнергетических состояниях»,
— заключает Ли.
Исследование представлено в журнале Physical Review Letters.
По материалам пресс-релиза университета.
Источник: А. Космарский nauka21vek.ru
