Naukowcy-teoretycy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych opublikowali właśnie wyniki szczegółowej analizy mechanizmów reakcji fuzji ciężkich jonów, kluczowych dla syntezy nowych pierwiastków. Badania te, oparte na zaawansowanym podejściu wielowymiarowym z wykorzystaniem dynamiki stochastycznej, rzucają nowe światło na proces tworzenia złożonych jąder atomowych.
Fuzja ciężkich jonów to proces, w którym dwa ciężkie jądra atomowe łączą się, tworząc nowe, cięższe jądro. Jest to metoda stosowana w laboratoriach do syntezy pierwiastków o dużej liczbie atomowej, w tym superciężkich pierwiastków. Rozumienie mechanizmów zachodzących podczas tego procesu jest kluczowe dla optymalizacji warunków prowadzących do udanej syntezy. Ostatnie dekady przyniosły ogromny postęp w syntezie jąder superciężkich, jednak podstawowe mechanizmy reakcji, które prowadzą do ich wytwarzania, nadal nie są dla badaczy w pełni zrozumiałe. Dotyczy to szczególnie mechanizmu fuzji w reakcjach zimnej syntezy, a zwłaszcza jej pośredniej fazy, która odgrywa kluczową rolę w powodzeniu całego procesu.
Potężnymi narzędziami do badania tych wyzwań okazały się formalizmy dynamiki dyssypatywnej, takie jak równania Langevina i Fokkera-Plancka. Pozwalają one precyzyjnie modelować zjawiska takie jak reakcje ciężkich jonów czy rozszczepianie jąder atomowych, a także dostarczają wglądu w eksperymentalne wielkości obserwowalne, takie jak przekroje czynne na głęboko nieelastyczne reakcje, rozpraszanie energii oraz transfer masy i ładunku. Ponadto z powodzeniem można je zastosować do opisu quasi-rozszczepienia, co skutkuje precyzyjną rekonstrukcją rozkładów masowych produktów rozszczepienia.
– W naszych badaniach szczegółowo przeanalizowaliśmy etapy, przez które przechodzi układ atomowy w trakcie fuzji, zanim dojdzie do uformowania nowego jądra – tłumaczą autorzy z NCBJ. – Zastosowany formalizm Langevina, uwzględniający efekty tarcia i fluktuacje energii, pozwolił na lepsze zrozumienie dynamiki tego procesu. Wyniki badań wskazują na istotną rolę stanu przetłumionego w stabilizacji szyjki jądrowej, a także na wzajemne oddziaływanie między stopniami swobody kształtu i rotacji.
Przeprowadzone analizy wykazały doskonałą zgodność z eksperymentalnymi danymi dotyczącymi rozkładu spinów i przekrojów czynnych na fuzję. Stanowi to solidną podstawę do dalszych badań nad syntezą superciężkich pierwiastków oraz eksploracji mechanizmów hamowania fuzji. Zrozumienie tych mechanizmów może przyczynić się do opracowania bardziej efektywnych strategii syntezy nowych pierwiastków, co stanowi jedno z najważniejszych wyzwań współczesnej fizyki jądrowej.
Wyniki badań opublikowano w artykule: Y. Jaganathen, M. Kowal and K. Pomorski, Demystifying the fusion mechanism in heavy-ion collisions: A six-dimensional Langevin dissipative dynamics approach, Physics Letters B, 139302, https://doi.org/10.1016/j.physletb.2025.139302
Źródło: Narodowe Centrum Badań Jądrowych
