I atomkärnor, protoner och neutroner delar energi och fart på trånga håll. Men exakt hur de delar energin som håller dem bundna i kärnan - och även där de är i kärnan - förblir viktiga pussel för kärnfysiker.

En ny studie av forskare vid Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) och Washington University i St. Louis tacklade dessa frågor genom att utnyttja data från kärnkraftsspridningsexperiment för att göra stränga begränsningar för hur nukleoner (neutroner och protoner) ordnar sig i kärnan. Forskningen visas i två motsvarande artiklar i Fysisk granskning C och Fysiska granskningsbrev .

Deras analys visar att för flera hörnkärnor, en liten bråkdel av protonerna och neutronerna har lejonparten av den totala energin som håller dem bundna i kärnor, ungefär 50 procent mer än förväntat från vanliga teoretiska behandlingar.

Ytterligare, studien gör nya förutsägelser för "neutronhuden" (en region där extra neutroner hopar sig) i flera neutronrika kärnor. I tur och ordning, dessa förutsägelser är tätt kopplade till hur stora neutronstjärnor växer och vilka element som sannolikt syntetiseras i neutronstjärnans sammanslagningar.

"Våra resultat indikerar kvantitativt hur asymmetri, laddnings- och skaleffekter bidrar till neutronhudgenerering och driver en oproportionerlig andel av den totala bindningsenergin till de djupaste nukleonerna, "sa Cole Pruitt, LLNL postdoc och huvudförfattare till båda tidningarna.

Att förstå hur kärnasymmetri energi förändras med densitet är en viktig ingång till neutronekvationen, som bestämmer neutronstjärnans struktur. Men det är inte lätt att mäta neutronskinn direkt. 2010 Lead Radius Experiment, eller PREX, gav den första modelloberoende neutronhudmätningen för bly-208, men mätningen översvämmades av stor osäkerhet. Ett mer exakt uppföljningsexperiment, PREX II, sprang 2019 och kommer att släppa resultat snart.

"En omfattande modell ska inte bara reproducera integrerade mängder (som laddningsradie eller total bindningsenergi) utan också specificera hur nukleoner delar momentum och energi, samtidigt som de är realistiska om modellens osäkerhet om dess förutsägelser, "Sa Pruitt.