Un team di fisici nucleari dell'Università dell'Ohio ha proposto un nuovo modello teorico per calcolare le proprietà di accoppiamento dei nuclei atomici, compresi quelli trovati in ambienti astrofisici estremi. Come in alcuni solidi in cui due elettroni interagenti si accoppiano per agire come un oggetto che porta alla superconduttività, neutroni interagenti (o protoni) nei nuclei si accoppiano per causare superfluidità (o superconduttività) nei nuclei.

Il nuovo modello facilita calcoli rapidi ed efficienti da eseguire quando si esaminano le caratteristiche di nuclei esotici altamente ricchi di neutroni o protoni trovati nelle esplosioni di supernova e quando le stelle si scontrano, come nelle fusioni di stelle di neutroni.

Studente di dottorato in fisica dell'Ohio Md. Abdullah Al Mamun, ricercatore post-dottorato Dr. Constantinos Constantinou, e il Dr. Madappa Prakash hanno pubblicato la loro ricerca, "Proprietà di accoppiamento da distribuzioni casuali di livelli di energia di singola particella", in Revisione fisica C , una rivista dell'American Physical Society.

Il nuovo "Modello di spaziatura casuale" impiega livelli di energia che neutroni e protoni possono occupare in un singolo nucleo in modo casuale attorno alle energie appropriate. Le medie su migliaia di tali configurazioni casuali facilmente generate consentono di porre limiti statisticamente basati sulle proprietà termiche come l'entropia, calore specifico, eccetera., di nuclei. Sulla base di metodi appropriati per i sistemi di grandi numeri, i ricercatori avevano previsto una netta transizione di fase nei nuclei, che non è stato osservato sperimentalmente.

Quello che è stato osservato invece è una forma a S liscia nel calore specifico. I nuclei e le nanoparticelle ereditano grandi fluttuazioni nelle proprietà di accoppiamento a causa delle loro piccole dimensioni. Il modello di spaziatura casuale con l'inclusione delle fluttuazioni riproduce la forma a S osservata, che è incoraggiante.

Le previsioni del modello di spaziatura casuale consentono l'esplorazione del fenomeno di accoppiamento in siti astrofisici che ospitano nuclei esotici, aprendo la strada alla definizione di come gli elementi più pesanti del ferro sono stati sintetizzati nel nostro universo, un problema di vecchia data che attende una soluzione.