Een team van kernfysici van de Ohio University heeft een nieuw theoretisch model voorgesteld voor het berekenen van koppelingseigenschappen van atoomkernen, inclusief die in extreme astrofysische omgevingen. Zoals in sommige vaste stoffen waarin twee op elkaar inwerkende elektronen paren om te fungeren als één object dat leidt tot supergeleiding, interagerende neutronen (of protonen) in kernen vormen een paren om superfluïditeit (of supergeleiding) in kernen te veroorzaken.

Het nieuwe model maakt snelle en eciënte berekeningen mogelijk bij het onderzoeken van kenmerken van zeer neutronen- of protonrijke exotische kernen die worden aangetroffen in supernova-explosies en wanneer sterren botsen, zoals bij fusies van neutronensterren.

Ohio natuurkunde doctoraatsstudent Md. Abdullah Al Mamun, postdoctoraal onderzoeker Dr. Constantinos Constantinou, en Dr. Madappa Prakash publiceerden hun onderzoek, "Koppelingseigenschappen van willekeurige verdelingen van energieniveaus van één deeltje", in Fysieke beoordeling C , een tijdschrift van de American Physical Society.

Het nieuwe "Random Spacing Model" maakt gebruik van energieniveaus die neutronen en protonen in een individuele kern willekeurig rond de juiste energieën kunnen innemen. Gemiddelden over duizenden van dergelijke gemakkelijk gegenereerde willekeurige configuraties maken het mogelijk om statistisch gebaseerde grenzen te stellen aan de thermische eigenschappen zoals entropie, specifieke warmte, enzovoort., van kernen. Gebaseerd op methoden die geschikt zijn voor grote getalsystemen, onderzoekers hadden een scherpe faseovergang in kernen voorspeld, wat niet experimenteel is waargenomen.

Wat in plaats daarvan is waargenomen, is een gladde S-vorm in de specifieke warmte. Kernen en nanodeeltjes erven grote schommelingen in paringseigenschappen vanwege hun kleine afmetingen. Het Random Spacing Model met de opname van fluctuaties reproduceert de waargenomen S-vorm, wat hartverwarmend is.

Voorspellingen van het Random Spacing Model maken verkenning mogelijk van het paringsfenomeen in astrofysische locaties die exotische kernen herbergen, de weg vrijmaken om vast te stellen hoe elementen zwaarder dan ijzer werden gesynthetiseerd in ons universum, een al lang bestaand probleem dat op een oplossing wacht.