نجح الفيزيائيون العاملون في المجال الذري للاندماج النووي في الحصول على أدق الحسابات الحاسوبية في العالم فيما يتعلق بالبيانات الذرية لأيونات النيوديميوم المستخدمة في تحليل الضوء المنعكس من حدث اندماج نجم نيوتروني. قد يؤدي هذا البحث إلى تسريع وتيرة حل اللغز الذي طال أمده حول الأصل الكوني للعناصر الثقيلة
[ترجمة د.نحماني موشيه]
تمكن فريق من الباحثين من الخبراء في مجالات الفيزياء الذرية والاندماج النووي وعلم الفلك، من الحصول على أدق الحسابات الحاسوبية في العالم فيما يتعلق بالبيانات الذرية لأيونات النيوديميوم المستخدمة في تحليل الضوء المنعكس من حدث الاندماج زوج من النجوم النيوترونية. يقدم هذا البحث حل السؤال المتعلق بالأصل الكوني للمعادن الثمينة مثل الذهب والبلاتين الشائع في عالمنا.
ولم يتم بعد توضيح أين وكيف تشكلت العناصر الأثقل من الحديد في الكون. ويعتقد الباحثون أن أحد مصادر العناصر الثقيلة قد يكون اندماج نجمين نيوترونيين. وفي عام 2017، تم اكتشاف موجات الجاذبية الناتجة عن اندماج نجمين نيوترونيين، وهو الحدث الذي حدث قبل 130 مليون سنة. وفي الوقت نفسه، لوحظ أيضًا انبعاث شعاع من الضوء يعرف باسم كيلونوفا. ويأتي شعاع الضوء هذا من المادة التي تم إطلاقها أثناء اندماج النجوم النيوترونية، ويعتقد الباحثون أن هذه المادة تحتوي على وفرة من العناصر الثقيلة، بما في ذلك المعادن الثمينة مثل الذهب والبلاتين، وكذلك المعادن النادرة مثل النيوديميوم.
العناصر المختلفة لديها القدرة على امتصاص الضوء. إن الطول الموجي للضوء الذي تمتصه العناصر ومستوى امتصاص هذا الضوء فريدان لكل عنصر من العناصر المنفصلة ويشار إليهما بالبيانات الذرية. وباستخدام البيانات الذرية، تمكن الباحثون من تقدير طبيعة وتركيز العناصر الثقيلة التي تشكلت أثناء اندماج النجوم النيوترونية من خلال تحليل السطوع وتوزيع الطول الموجي لشعاع ضوء كيلونوفا. وفي الوقت نفسه، فإن البيانات الذرية المتاحة حول العناصر الثقيلة محدودة للغاية ضمن قواعد البيانات العالمية للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST). ولذلك، يتم إجراء أبحاث مشتركة في مجالات الفيزياء الذرية وعلم الفلك وعلوم الاندماج النووي بهدف توفير بيانات ذرية أكثر دقة في إطار أبحاث شعاع كيلونوفا الضوئي. في مجال أبحاث الاندماج النووي، تعتبر البيانات الذرية ضرورية لتحليل كمية وانبعاث الشوائب مثل أيونات الحديد في البلازما عند درجات الحرارة العالية.
يمكن استخدام طرق الحوسبة المستخدمة في أبحاث الاندماج النووي لتحليل البيانات الذرية للضوء الذي يصل إلى شعاع الكيلونوفا. وركز فريق البحث على أيونات النيوديميوم المتأينة مرة أو مرتين أو ثلاث مرات، والتي لها التأثير الأكبر على هذا الشعاع الضوئي. يمكن لعنصر النيوديميوم الثقيل أن يشكل العديد من أنواع تكوينات الإلكترون مقارنة بالعناصر الأخف، مثل الحديد، والتي تكون قادرة على توفير عدد كبير من الأطوال الموجية لامتصاص الضوء.
تمثل الحوسبة عالية الدقة للذرات المتعددة الإلكترونات تحديًا بسبب الصعوبات في حساب التفاعلات الدقيقة بين الإلكترونات المختلفة. في ميكانيكا الكم، يتم تمثيل نتائج الارتباط من خلال مجموعة متماسكة من الحالات المختلفة للإلكترونات التي تخلق علاقات متبادلة بينها. من الناحية النظرية، هناك عدد لا حصر له من الحالات الممكنة. قام فريق البحث بفحص مجموعات مختلفة من الحالات بهدف توفير بيانات دقيقة قدر الإمكان في أوقات حوسبة واقعية، وتمكن من العثور على أفضل مجموعة من الحالات لكل من أيونات النيوديميوم. وتتطابق الطاقات المحسوبة للإلكترونات ذات الصلة مع البيانات الموجودة في قواعد البيانات بمتوسط خطأ انحراف قدره 10%، وهو مستوى دقة أعلى من أي مستوى حققه فريق البحث حتى الآن، مع توفير ملايين الأطوال الموجية واحتمالات امتصاص الضوء. . ويأمل الباحثون أن تؤدي نتائج هذه الدراسة إلى تسريع الأبحاث الرامية إلى الكشف عن أصول المعادن الثمينة مثل الذهب والبلاتين في عالمنا، وذلك باستخدام البيانات الذرية عالية الدقة.
تعليقات 3
وهذا يجعل من المنطقي أكثر قليلا.
شكر
بالنسبة إلى "المستخدم المجهول":
أسلوب الكتابة في النشر هنا مربك بعض الشيء؛ ما أكتبه هنا هو أكثر "خشونة"، ولكن ربما يوضح هذه النقطة بشكل أفضل:
لا يوجد نقص في البروتونات والإلكترونات في الكون؛ ومع ذلك، فإن النيوترونات - التي تنشأ، من بين أمور أخرى، من اندماج البروتون والإلكترون في طاقات عالية - كانت بكميات أقل بالفعل في بداية الكون (300,000 سنة بعد الانفجار الأعظم).
وفي عملية اندماج النجوم النيوترونية، ينبعث الكثير من النيوترونات إلى الفضاء، والتي ترتبط فيما بعد بمزيد من البروتونات والنيوترونات، وهكذا تتشكل العناصر الأثقل. وبدون وجود عدد كاف من النيوترونات في الكون، فإن "القوة الضعيفة" في نوى الذرات ببساطة لا تسمح باستخدام البروتونات فقط أو استخدام البروتونات وعدد قليل من النيوترونات في نوى العناصر "الأثقل" من الهيدروجين.
وخلاصة القول: إن اندماج النجوم النيوترونية -رغم تواترها المنخفض- هو العملية التي تنتج وتبعثر معظم النيوترونات في جميع أنحاء الكون، مما يتيح بناء نوى من الذرات الأثقل.
يبدو هذا غير معقول إلى حد ما من الناحية الإحصائية. اصطدام النجوم النيوترونية هو حدث نادر إلى حد ما في الكون، فهل من الممكن أن يكون أصل كل العناصر الثقيلة في الكون هو هذا النوع فقط من الحدوث؟