Физики раскрыли загадку гиперядер, которая 50 лет ускользала от науки

Учёные сделали важный шаг в понимании того, как устроены лёгкие атомные ядра и их экзотические аналоги — гиперядра, содержащие частицы со странным кварком. Команда под руководством Цзясина Чжао из Института теоретической физики Университета имени Иоганна Вольфганга Гёте вместе с коллегами рассчитала так называемую фазово-пространственную плотность Вигнера для ряда ядерных кластеров и гиперядер. Эти данные дают детальное представление о внутреннем строении частиц и помогут точнее определять их в экспериментах, например, при столкновениях тяжёлых ионов на ускорителях.

Чтобы добиться такой точности, исследователи решили уравнение Шрёдингера для систем из малого числа протонов и нейтронов, моделируя реальные силы, действующие между ними. Полученные решения они разложили по математической базе гиперсферических гармоник, что позволило вычислить распределения частиц сразу в двух пространствах — координат и импульсов. Такой подход воспроизводит экспериментально измеренные размеры и энергии связи ядер, что подтверждает его надёжность.

Метод особенно ценен тем, что он не требует подгонки под уже известные данные, а значит, способен делать прогнозы о вероятности образования ядерных кластеров и гиперядер в условиях, когда вещество находится в экстремальных состояниях — например, внутри нейтронных звёзд или в первые мгновения после столкновения ионов на коллайдере. Исследование также закладывает основу для изучения роли «странности» в ядерных взаимодействиях и может помочь решить давние загадки ядерной астрофизики.

Работа объединяет реалистичные модели взаимодействия нуклонов, передовые методы квантовой теории и вычисления на суперкомпьютерах, предлагая чёткую и математически строгую картину того, как из элементарных частиц формируются сложные структуры. Это открывает новые возможности как для фундаментальной физики, так и для прикладных исследований в области ядерной материи.