In atoomkernen, protonen en neutronen delen energie en momentum in krappe ruimtes. Maar hoe ze precies de energie delen die hen in de kern gebonden houdt - en zelfs waar ze zich in de kern bevinden - blijven belangrijke puzzels voor kernfysici.

Een nieuwe studie door onderzoekers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) en de Washington University in St. Louis pakten deze vragen aan door gebruik te maken van gegevens van nucleaire verstrooiingsexperimenten om strikte beperkingen op te leggen aan hoe nucleonen (neutronen en protonen) zichzelf in de kern rangschikken. Het onderzoek verschijnt in twee corresponderende papers in Fysieke beoordeling C en Fysieke beoordelingsbrieven .

Uit hun analyse blijkt dat voor verschillende hoeksteenkernen, een klein deel van de protonen en neutronen bezit het leeuwendeel van de totale energie die hen in kernen gebonden houdt, ongeveer 50 procent meer dan verwacht van standaard theoretische behandelingen.

Verder, de studie doet nieuwe voorspellingen voor de "neutronenhuid" (een gebied waar extra neutronen zich opstapelen) van verschillende neutronenrijke kernen. Beurtelings, deze voorspellingen zijn nauw verbonden met hoe grote neutronensterren groeien en welke elementen waarschijnlijk worden gesynthetiseerd in fusies van neutronensterren.

"Onze resultaten geven kwantitatief aan hoe asymmetrie, ladings- en schileffecten dragen bij aan de vorming van neutronenhuid en drijven een onevenredig deel van de totale bindingsenergie naar de diepste nucleonen, " zei Cole Pruitt, LLNL postdoc en hoofdauteur van beide papers.

Begrijpen hoe nucleaire asymmetrie-energie verandert met de dichtheid is een essentiële input voor de neutronentoestandsvergelijking, die de structuur van een neutronenster bepaalt. Maar het is niet eenvoudig om neutronenhuiden direct te meten. Het Lead Radius-experiment van 2010, of PREX, leverde de eerste modelonafhankelijke neutronenhuidmeting voor lood-208, maar de meting werd overspoeld door grote onzekerheid. Een nauwkeuriger vervolgexperiment, PREX II, liep in 2019 en zal binnenkort resultaten bekendmaken.

"Een uitgebreid model moet niet alleen geïntegreerde grootheden reproduceren (zoals de ladingsstraal of totale bindingsenergie), maar ook specificeren hoe nucleonen momentum en energie delen, terwijl ze realistisch zijn over de modelonzekerheid van de voorspellingen, ' zei Prut.