Forscher haben die komplexe Struktur des Kohlenstoff-12-Kerns aufgedeckt und herausgefunden, dass sein Niedrigenergiezustand aus Atomclustern besteht, die Dreiecke bilden. Die Entdeckung, die im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit gemacht wurde, vertieft unser Verständnis darüber, wie sich Kohlenstoff im Universum gebildet hat, und steht im Einklang mit vorhandenen experimentellen Daten.
Eine internationale Studie hat die Struktur dreieckiger Cluster im Kern von Kohlenstoff-12-Atomen enthüllt und wichtige Hinweise für unser Verständnis des Ursprungs und der Häufigkeit von Kohlenstoff im Universum geliefert.
Das Element Kohlenstoff ist für die organische Chemie und das Leben, wie wir es kennen, von wesentlicher Bedeutung. Die physikalischen Eigenschaften seines häufigsten Isotops, Kohlenstoff-12, sind äußerst komplex. Viele experimentelle und theoretische Studien wurden der Bestimmung der Energie und der Grundstruktur des Kohlenstoff-12-Kernzustands gewidmet.
In dieser Arbeit berechneten die Forscher diese Zustände anhand erster Prinzipien – den grundlegendsten Bausteinen physikalischer Theorien. Diese Methode nutzt Supercomputer und Kerngittersimulationen, um die dreidimensionalen Formen zu berechnen, die von den Protonen und Neutronen gebildet werden, aus denen der Kern besteht. Die Ergebnisse zeigen, dass alle Niedrigenergiezustände von Kohlenstoff-12 eine Unterstruktur haben, in der sechs Protonen und sechs Neutronen zu Alphateilchen aggregiert sind. Alphateilchen sind Helium-4-Kerne, die zwei Protonen und zwei Neutronen enthalten.
Der Hoyle-Staat: ein Fenster für die Produktion von stellarem Kohlenstoff
Ein bekannter Kernzustand von Kohlenstoff-12 ist der Hoyle-Zustand. Die Energie dieses Zustands liegt nahe an der Energieschwelle von drei Alphateilchen oder Heliumkernen. Diese Energie trägt daher wesentlich zur Kohlenstoffproduktion in heliumbrennenden Sternen bei. Dies hilft, das Vorhandensein von Kohlenstoff im Universum zu erklären.
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass der Hoyle-Zustand aus einem „gekrümmten Arm“ oder einer stumpfen dreieckigen Anordnung von Alphateilchen besteht. Alle Niedrigenergiezustände von Kohlenstoff-12 haben die intrinsische Form eines gleichseitigen oder stumpfen Dreiecks, das aus drei Alphateilchen besteht. Die neuen Ergebnisse geben Aufschluss über die möglichen Geometrien der Kernzustände.
Globale Zusammenarbeit zur Aufklärung der Kohlenstoff-12-Kernstruktur
Kohlenstoffatome sind die Bausteine der komplexen organischen Chemie, die die Bausteine des Lebens bilden. Auch die Kernphysik von Kohlenstoff-12, dem Hauptisotop des Kohlenstoffatoms, ist voller Komplexität. Forscher der Universität Bonn, des Forschungszentrums Jülich in Deutschland, der Islamischen Universität für Wissenschaft und Technologie in Gaziantep (Türkei), der Graduiertenschule der China Academy of Engineering Physics, der Staatlichen Universität Tiflis und der Rare Isotope Beam Facility der Michigan State University berechneten die Kernzustandsstruktur von Kohlenstoff-12 mithilfe des Abinitio-Gerüsts der Kerngitter-Effektivfeldtheorie.
Die geometrischen Geheimnisse von Kohlenstoff-12 und der Ursprung des Universums
Die Studie ergab, dass alle tiefliegenden Kohlenstoff-12-Zustände eine intrinsische Form haben, die aus drei Alpha-Clustern besteht, die ein gleichseitiges Dreieck oder ein stumpfes Dreieck bilden. Der gleichseitige Dreieckszustand weist auch eine duale Beschreibung der Teilchen-Loch-Anregungen im mittleren Felddiagramm auf.
Die Ergebnisse stimmen mit experimentellen Daten überein und liefern die erste modellunabhängige Zustandsdichtekarte von Kohlenstoff-12-Kernen. Die Ergebnisse helfen zu erklären, wie kurz nach dem Urknall Kohlenstoff aus Helium und Wasserstoff entstand.
Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily