Σκυρμιόνια: Ένα παλιό μοντέλο για τον ατομικό πυρήνα αναθεωρείται και επαναφέρεται με ενθαρρυντικές προβλέψεις

Ένα φημισμένο αλλά προβληματικό μοντέλο στην πυρηνική φυσική δέχεται μια επανεκκίνηση. Το μοντέλο, που προτάθηκε από τον Tony Skyrme το 1961, περιγράφει τον πυρήνα με συστροφές, ή «σκυρμιόνια» (skyrmions), σε ένα κβαντικό πεδίο. Η περιγραφή αυτή είναι ελκυστική επειδή είναι μια από τις λίγες που μπορούν να συνδεθούν άμεσα με την κβαντική χρωμοδυναμική, τη θεμελιώδη θεωρία των κουάρκ και των γλοιονίων. Όμως ενώ η ιδέα του σκυρμιονίου προβλέπει ορθά ορισμένες ιδιότητες του πυρήνα, είναι γνωστό ότι χάνει άλλες. Τώρα, οι Carlos Naya και Paul Sutcliffe του Πανεπιστημίου του Durham στο Ηνωμένο Βασίλειο έχουν διασκευάσει το μοντέλο του σκυρμιονίου και δείχνουν ότι, αντίθετα με την παραδοσιακή έκδοση, προβλέπει ορθά τις μορφές διάφορων ελαφρών πυρήνων.

Η αρχική ιδέα του Skyrme περιγράφει τον πυρήνα με όρους ζευγών κουάρκ-αντικουάρκ γνωστών ως πιονίων. Τα πιόνια αυτά δημιουργούν ένα κβαντικό πεδίο και ο αριθμός των συστροφών σε αυτό το πεδίο ισοδυναμεί με τον αριθμό των πρωτονίων και των νετρονίων (των νουκλεονίων) στον πυρήνα. Το μοντέλο προβλέπει ορθά ορισμένες πυρηνικές ιδιότητες , όπως ορισμένες επιτρεπόμενες κβαντικές καταστάσεις. Όμως υπερεκτιμά τις πυρηνικές ενέργειες σύνδεσης και αποτυγχάνει να προβλέψει τη ομαδοποίηση των νουκλεονίων που συμβαίνει σε ορισμένους πυρήνες.

Η επέκταση του μοντέλου από τους Naya και Sutcliffe περιλαμβάνει ρο (rho) μεσόνια, τα οποία είναι βαρύτερα από ότι τα πιόνια. Με αυτή την επέκταση, υπολογίζουν την πυρηνική πυκνότητα μέσα σε πυρήνες που συνίστανται από ένα μέχρι οκτώ νουκλεόνια. Το νέο τους μοντέλο όχι μόνο προβλέπει φαινόμενα ομαδοποίησης νουκλεονίων που χάνει το αρχικό μοντέλο, αλλά προβλέπει επίσης τις ενέργειες σύνδεσης που είναι τρεις φορές πλησιέστερα στις πειραματικές τιμές. Οι ερευνητές λένε ότι το αναθεωρημένο μοντέλο τους δεν παρέχει μια «τέλεια αντιστοίχιση» με τα πειράματα, όμως θα πρέπει να γίνει προοδευτικά καλύτερο καθώς θα ενσωματώνονται βαρύτερα μεσόνια.

Πηγή: American Physical Society

Περισσότερα στη δημοσίευση: Skyrmions and Clustering in Light Nuclei. Physical Review Letters.