ҚазҰУ зерттеуі жеңіл ядролар мен гиперядролардың құрылымына арналған

Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетіндегі ғылыми жоба жеңіл атом ядролары мен гиперядролардың құрылымын тереңірек түсіндіруге бағытталған. Зерттеушілер кластерлік модельдерді жетілдіру арқылы ядролық реакцияларды неғұрлым дәл сипаттауды көздейді. Жұмыста ядро ішіндегі өзара әсерлесуге, резонанстық күйлерге және жеңіл элементтердің түзілуіне қатысты астрофизикалық мәселелерге назар аударылады.

«Көпарналы және көпкластерлі модельдердегі жеңіл ядролар мен гиперядролардың құрылымы» жобасы 2024–2026 жылдарға жоспарланған. Оның негізгі мақсаты — бұрын қолданылған микроскопиялық тәсілдердің мүмкіндігін кеңейту. Бұл үшін модельде өзара әсерлесетін ядролардың ішкі құрылымы мен реакцияның бірнеше арнасын қатар ескеру қарастырылған. Мұндай есептеулер ядроның қандай күйде болатынын және оның қандай жолмен ыдырай алатынын зерттеуге мүмкіндік бермек.

Атом ядросының құрылысы туралы көптеген тәжірибелік дерек жиналғанымен, олардың барлығын бірдей түсіндіретін әмбебап теориялық модель әлі қалыптасқан жоқ. Протондар мен нейтрондардың өзара әсерлесуін, әсіресе ядро қатты қозған кездегі мінез-құлқын сипаттау күрделі міндет болып қала береді. Сондықтан теориялық тәсілді жетілдіру нақты бір ядроның қасиеттерін анықтаумен қатар, басқа ядролық жүйелерді зерттеуге де қажет.

Ядроның ішкі құрылымын ескеретін модель

Кластерлік модельде ядроның ішіндегі нуклондар белгілі бір топтар, яғни кластерлер түрінде қарастырылады. Мысалы, күрделірек ядроның құрамындағы дейтрон, тритон, гелий-3 және гелий-4 ядролары осындай құрылымдар бола алады. Олардың өзара әсерлесуі тұтас ядроның қасиеттеріне ықпал етеді. Бұл тәсіл көп бөлшектен тұратын жүйені есептеуді жеңілдетіп, оның құрылымдық ерекшеліктерін сипаттауға көмектеседі.

Жобада қолдану көзделген микроскопиялық әдіс кластерлердің ішкі құрылымын және Паулидің тыйым салу принципін ескереді. Бұл принцип бірдей бөлшектердің кванттық күйлеріне қойылатын шектеулерді анықтайды. Зерттеушілер үш кластерден тұратын жүйені реакцияның кіріс және шығыс арналарында екі дененің өзара әсерлесуі ретінде сипаттайтын көпарналы тәсілді дамытуды жоспарлап отыр. Осылайша бір ядро үшін мүмкін болатын бірнеше ыдырау жолын қатар талдауға болады.

Резонанстық күйлерді зерттеу осы жұмыстың маңызды бөлігін құрайды. Мұндай күйлерді сипаттауда олардың энергиясы мен ені, сондай-ақ әр арна бойынша ыдырау ықтималдығы есепке алынады. Резонанс ені оның өмір сүру уақытымен байланысты. Қозу энергиясы артқан сайын ықтимал ыдырау арналарының саны көбейіп, есеп күрделене түседі. Сондықтан жоба резонанстарды анықтау мен олардың параметрлерін есептеу тәсілдерін жетілдіруді де қамтиды.

Зерттеу бұрынғы ғылыми жұмыстарда сыналған әдістерге сүйенеді. Оларда литий-6 ядросының негізгі және резонанстық күйлерін сипаттауға, кластерлік поляризацияның әсерін анықтауға көңіл бөлінген. Поляризация өзара әсерлесу кезінде кластерлердің ішкі құрылымының өзгеруін білдіреді. Жаңа жұмыста осы әсерді басқа жүйелер үшін де ескеру көзделген. Әсіресе ядролар төмен энергияда соқтығысқанда оның реакция сипаттамаларына ықпалын бағалау маңызды.

Гиперядролар мен литийдің түзілуі

Зерттеу міндеттерінің бірі — массалық саны алтыға тең гелий және литий гиперядроларының байланысқан және резонанстық күйлерін қарастыру. Гиперядролардың құрамында протондар мен нейтрондардан бөлек гиперон болады. Есептеулерде аталған жүйелер гелий-4 ядросы, нейтрон немесе протон және Λ-гипероннан тұратын үш кластерлі құрылым ретінде сипатталмақ. Осы модель арқылы күйлердің параметрлері мен екі кластерлі арналар бойынша ыдырау ықтималдығын анықтау жоспарланған.

Тағы бір бағыт гелий-6 ядросы мен протонның әрекеттесуінен литий-6 ядросы және нейтрон түзілетін ${}_{<mn><ms>2</ms></mn>}^{<mn><ms>6</ms></mn>}''He''''+\; p\; \to ''{}_{<mn><ms>3</ms></mn>}^{<mn><ms>6</ms></mn>}''Li''''+\; n''$ реакциясына арналған. Оны зерттеуде әртүрлі үш кластерлі конфигурациялар мен литий-7 ядросының екі кластерлі арналары ескерілмек. Сонымен бірге литий-7 ядросының жоғары қозған күйлерін талдау көзделген. Бұл міндеттер реакция барысы мен түзілетін ядроның құрылымын өзара байланыстыра қарастыруға мүмкіндік береді.

Жобаның астрофизикамен байланысы жеңіл ядролардың Ғалам дамуының әр кезеңінде қалай түзілгенін түсінуге ұмтылуынан көрінеді. Соның ішінде литийдің таралуын түсіндіруге қатысты космологиялық мәселе назарға алынған. Жоспарланған есептеулер осы бағыттағы теориялық сипаттаманы нақтылауға арналған. Зерттеушілер ядролық реакциялардың қасиеттерін егжей-тегжейлі қарастыру жеңіл элементтердің түзілуін талдауға қажетті деректерді толықтырады деп күтеді.

Үш кластерлі микроскопиялық модель аясында гелий-3 пен тритийдің әрекеттесуінен гелий-4 пен дейтрон, литий-5 пен нейтрон немесе гелий-5 пен протон түзілетін реакциялар да қарастырылады. Бұған қоса, литий-6 ядросын түзетін сәуле шығара қармау реакциялары зерттелмек. Оларға ${}_{<mn><ms>2</ms></mn>}^{<mn><ms>4</ms></mn>}''He''''+\; d\; \to ''{}_{<mn><ms>3</ms></mn>}^{<mn><ms>6</ms></mn>}''Li''''+\; \gamma ''$ және ${}_{<mn><ms>2</ms></mn>}^{<mn><ms>3</ms></mn>}''He''''+''{}_{<mn><ms>1</ms></mn>}^{<mn><ms>3</ms></mn>}''H''''\to ''{}_{<mn><ms>3</ms></mn>}^{<mn><ms>6</ms></mn>}''Li''''+\; \gamma ''$ процестері жатады. Бұл белгілеулерде d — дейтрон, ал γ — шығарылатын фотон.

Есептеулердің күтілетін нәтижелері

Осы реакциялар үшін астрофизикалық S-факторлар мен реакция жылдамдықтарын анықтау жоспарланған. Олар ядролық процестерді астрофизикалық жағдайларда сипаттауға қажет шамалар қатарына кіреді. Есептеулерде кластерлік поляризацияның ықпалына да мән беріледі. Әртүрлі реакция арналары мен ішкі құрылымды бірге ескеру арқылы зерттеушілер қолданылатын модельдің мүмкіндігін кеңейтуді және жеңіл ядроларға қатысты теориялық мәліметтерді нақтылауды көздейді.

Күтілетін ғылыми нәтижелерді ядролық физика мамандарына халықаралық конференциялар мен ғылыми жарияланымдар арқылы ұсыну қарастырылған. Жоба қорытындысы бойынша Web of Science базасында импакт-факторы бойынша алғашқы үш квартильге кіретін немесе Scopus базасында CiteScore процентилі кемінде 50 болатын журналдарда кемінде екі мақала жариялау жоспарланған. Зерттеу материалдарының бір бөлігін магистранттар мен докторанттарға арналған дәрістерде және олардың ғылыми жұмысында пайдалану да көзделеді.

Жоба іргелі зерттеуге жатады. Оның негізгі күтілетін нәтижесі — жеңіл ядролар мен гиперядролардың қасиеттерін зерттеуге жарамды жетілдірілген теориялық әдіс. Мұндай тәсіл кейін басқа ядролық жүйелерді талдауда және жаңа тәжірибелерді жоспарлауда қолданылуы мүмкін. Ядроның құрылымы, резонанстық күйлер және реакция арналары туралы өзара байланысты мәліметтер алу осы жұмыстың ғылыми мақсатын айқындайды