共同研究では、星における基本的な低エネルギー核反応をシミュレーションするための新しい方法が導入されました。これらの反応の結果を研究することで、研究者らは宇宙における元素の形成についての理解を深める新しい予測モデルを開発しました。新しい研究は、星の中の元素の形成をシミュレートする革新的な方法を提供し、宇宙の核反応についての理解を深めます。
ノースカロライナ州立大学とミシガン州立大学による新しい研究は、星内部の元素形成の鍵となる低エネルギー核反応をモデル化する新しい方法を切り開きました。この研究は、粒子が荷電しているときに核子がどのように相互作用するかを計算するための基礎を築きます。
原子核（総称して核子と呼ばれる陽子と中性子のグループ）がどのように結合してより大きな化合物核を形成するかを予測することは、星の元素がどのように形成されるかを理解する上で重要なステップです。
関連する核相互作用は実験的に測定することが難しいため、物理学者は数値格子を使用してこれらの系をモデル化します。このような数値シミュレーションで使用される有限格子は、本質的には核子のグループを囲む想像上の箱であり、物理学者はこれを使用してこれらの粒子から形成される核の特性を計算できます。
ノースカロライナ州立大学とミシガン州立大学の研究者らは、星の元素形成を理解するために重要な低エネルギー核反応をシミュレーションする新しい方法を開発した。彼らのアプローチには、反応の最終生成物を数値格子で分析して、反応特性を推測することが含まれます。その結果、これらの核反応の予測を改善する新しい公式が生まれ、宇宙で元素がどのように合成されるかについての洞察が得られました。出典: セバスティアン・ケーニッヒ
低エネルギー反応のシミュレーションの課題
しかし、そのようなシミュレーションには、これまでのところ、複数の陽子から生成される荷電クラスターが関与する低エネルギー反応の特性を予測する方法がありませんでした。これらの低エネルギー反応は、たとえば星の中の元素の形成にとって重要であるため、これは重要です。
ノースカロライナ州立大学の物理学助教授で、この研究の責任著者であるセバスティアン・ケーニッヒ氏は、「『強い核力』は陽子と中性子を原子核内に保持しているが、陽子間の電磁反発力は原子核の全体的な構造と力学において重要な役割を果たしている。この力は、私たちが知っているように世界を構成する元素を合成する多くの重要なプロセスが起こる最も低いエネルギーで特に強い」と述べた。しかし、理論的にはこれらの相互作用を予測することは非常に困難です。」
この問題を解決するために、Koenig らは逆算して取り組むことにしました。彼らの方法は、結晶格子内での反応の最終結果である化合物核に注目し、それから逆算して反応に関与する特性とエネルギーを発見します。
「私たちは反応そのものを計算しているのではなく、最終生成物の構造を調べているのです」とケーニッヒ氏は語った。 「『ボックス』のサイズを変更すると、シミュレーションと結果が変化します。この情報から、これらの荷電粒子が相互作用するときに何が起こるかを決定するパラメーターを実際に抽出できます。」
「公式の導出は予想外に困難でしたが、最終結果は非常に美しく、重要な応用価値があります」と、この研究の筆頭著者であり、ノースカロライナ州立大学の大学院生であるユー・ハン氏は付け加えた。
新しい予測式を開発する
この情報に基づいて、研究チームは計算式を開発し、従来の方法で評価されたベンチマーク計算と照らし合わせてテストし、結果が正確で将来のアプリケーションで使用できることを確認しました。
「これは、核反応の予測を改善するために必要なデータを抽出するためにシミュレーションを分析する方法を教えるバックグラウンド作業です」とケーニッヒ氏は述べた。 「宇宙は広大ですが、それを理解するには、その最も小さな構成要素を研究する必要があります。それが私たちがここで行っていることです。全体像の分析により良い情報を提供するために、小さな詳細に焦点を当てます。」