Bedre forståelse av kjernekrefter

Forskere ved UiO, Chalmers i Sverige, Oak Ridge National Laboratory, Argonne National Laboratory og Michigan State University i USA har nylig utviklet bedre optimerte modeller for den sterke vekselvirkninga i atomkjerner. Dette åpner for presise modelleringer av kjerner og tett materie som forekommer i for eksempel nøytronstjerner.

Visualisering av teorien for sterk kjernekraft, kvantekromodynamikk. Ill.: D. Leinweber, Uni Adelaide.

Å forstå hvorfor atomkjerner er stabile er et av de fundamentale grunnforskningsspørsmåla som søkes løst via omfattende eksperiment og numeriske simuleringer. Bedre modeller for den sterke vekselvirkningen spiller en sentral rolle i forståelsen av atomkjernenes egenskaper. 

I et nylig arbeid i Physical Review Letters, omtalt hos US Department of Energy, har forskere ved UiO (Gustav Baardsen, ph.d.-student, Andreas Ekström, post doc., og Morten Hjorth-Jensen) sammen med kollegaer fra Sverige og USA, utvikla bedre parametriseringer av den sterke vekselvirkninga mellom protoner og nøytroner.

Internasjonalt samarbeid

Prosjektet er et klassisk eksempel på multi-disiplinært samarbeid mellom fysikere, informatikere og matematikere.  Statistiske optimeringsverktøy som er utviklet ved Argonne National Laboratory i USA, har vært sentralt i en systematisk parametrisering av kjernekrefter og viser at framskritt i moderne natur- og ingeniørvitenskap er heilt avhengig av teoretiske modelleringer vha supercomputere, hvor, med dagens teknologi, minst tusen trillioner flytende talloperasjoner per sekund, kan utføres av de beste datamaskinene i verden.

Beregningene har vært gjort både ved UiOs egen supercomputer Abel og ved Oak Ridge National Laboratory sin supercomputer Titan, som var den raskeste i verden da artikkelen ble publisert.

Ny innsikt

Med bedre modeller for kjernekrefter er veien åpen for omfattende modelleringer av atomkjernenes egenskap og studier av materiens stabilitet. Slike modelleringer tillater oss å studere systemer hvor det å utføre et eksperiment er vanskelig eller umulig, enten fordi det er for dyrt, for farlig, eller rett og slett ikke mulig å gjøre i en lab på jorda.  Innsikten som kan oppnås via slike studier er uvurderlig og heilt sentral for både vitenskapelige og teknologiske framskritt.

Post doc. Andreas Ekström ved UiO har vært sentral i optimeringsarbeidet. Han starter som post-doc ved Oak Ridge National Laboratory fra September 2014. Doktorgradsstudent Gustav Baardsen har gjort omfattende simuleringer av nøytronstjerne-materie. Han disputerer september 2014.

Medforfatterne Gustav Jansen og Gaute Hagen er begge ansatte ved Oak Ridge National Laboratory i USA som forskere, og fullførte sine ph.d.'er med Morten Hjorth-Jensen (UiO) som veileder i henholdsvis 2012 og 2005. Gaute Hagen blei nylig tildelt et prestisjefylt 'Early career award'  på 2.5 millioner USD fra Department of Energy’s Office of Science i USA.

Av Morten Hjorth-Jensen
Publisert 20. juni 2014 10:17 - Sist endret 20. juni 2014 10:17