I arbete publicerat i Fysiska granskningsbrev , forskare från RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science och två universitet i Vietnam-Duy Tan University och University of Khanh Hoa-har gjort ett stort genombrott genom att föreslå, för första gången, ett enhetligt och konsekvent mikroskopiskt tillvägagångssätt som samtidigt kan beskriva två viktiga mängder för att förstå kärnornas statistiska egenskaper-kärntätheten och utsläppssannolikheten för gammastrålning från heta kärnor-som spelar viktiga roller vid stjärnnukleosyntes.

I enlighet med reglerna för kvantmekanik, atomkärnan har diskreta energinivåer. När excitationsenergin ökar, avståndet mellan nivåerna minskar snabbt, gör dem tätt trängda. I detta tillstånd, att hantera enskilda kärnkraftsnivåer blir opraktiskt. Istället, det är mer bekvämt att överväga de genomsnittliga egenskaperna för kärnkrafts excitationer i termer av två kvantiteter - känd som kärnnivåns densitet (NLD) och funktionen för strålningsstyrka (RSF). Den tidigare, introducerad av Hans Bethe för 80 år sedan, är antalet exciterade nivåer per enhet excitationsenergi. Den senare, föreslagits av Blatt och Weisskopf för 64 år sedan, beskriver sannolikheten för att en högenergifoton (gammastråle) kommer att avges.

Dessa två kvantiteter är oumbärliga för att förstå astrofysisk nukleosyntes, inklusive beräkningar av reaktionshastigheter i kosmos och produktion av element, liksom inom teknik som kärnkraftsproduktion och omvandling av kärnavfall. Därför, studiet av dessa mängder har blivit ett viktigt ämne inom kärnfysik. Detta område har fått fart år 2000 efter att experimenterade vid Oslo universitet föreslog en metod för att samtidigt extrahera de två från det primära gammaförfallsspektrumet som erhållits i ett enda experiment. Den här metoden, dock, lider av osäkerheter relaterade till normaliseringsprocessen. Med tanke på vikten av dessa två kvantiteter, det är absolut nödvändigt att ha en konsekvent teoretisk grund för att förstå dem. Ändå, en enhetlig teori som samtidigt och mikroskopiskt kan beskriva både NLD och RSF har varit frånvarande hittills.

Nu, använder de genomsnittliga fälten för oberoende nukleoner (protoner och neutroner), författarna löste nukleon-superfluid-parningsproblemet exakt. Dessa exakta lösningar används för att konstruera partitionsfunktionen för beräkning av NLD. För att beräkna RSF, de exakta neutron- och protonparningsgapen samt de relaterade mängderna som erhålls från samma partitionsfunktion matas in i den mikroskopiska Phonon -dämpningsmodellen som föreslogs 1998 av en av författarna, Nguyen Dinh Dang från RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science, i samarbete med Akito Arima för att beskriva beteendet hos jätte dipolresonans (GDR) i mycket upphetsade kärnor.

"Den goda överensstämmelsen mellan förutsägelserna för det nuvarande tillvägagångssättet och experimentella data indikerar att användningen av exakta lösningar för parning verkligen är mycket viktig för den konsekventa beskrivningen av både NLD och RSF vid låg och mellanliggande excitation och gammastrålningsenergier, "säger Nguyen Quang Hung från Duy Tan University, motsvarande författare till tidningen.

Kommenterar detta arbete, Nguyen Dinh Dang säger:"Vår metod visar att temperaturberoendet för DDR-formen i heta kärnor är avgörande för en korrekt beskrivning av sannolikheten för gammastrålning vid låga gammastrålningsenergier. Nästa mål är att utveckla ett helt själv- konsekvent tillvägagångssätt baserat på exakt parning och den mikroskopiska strukturen i vibrationstillstånden för att studera nukleära kollektiva excitationer. "