Физики объяснили долгую жизнь углерода-14

Группа физиков США и Канады, в основном из Университета штата Айова, разгадала парадокс углерода-14, над которым ученые безуспешно бились десятилетиями. Этот изотоп, как известно, стал для археологов просто подарком из-за своего длинного периода полураспада длительностью в 6000 лет, техника радиоуглеродного датирования сегодня повсеместно распространена, хорошо разработана и понятна, непонятным оставалось только одно – почему углерод-14 распадается так медленно, если изотопы остальных легких элементов распадаются за минуты, а то и секунды?

Разобраться в этом действительно сложно, эта проблема напоминает ту, перед которой в свое время спасовал сам Ньютон, и называется она «проблемой взаимодействия многих тел». Атом углерода состоит из 14 нуклонов (протонов и нейтронов). И если кулоновские и слабые взаимодействия между каждой парой этих нуклонов рассчитать довольно легко, то исследовать поведение каждой тройки становится неизмеримо сложнее, достаточно вспомнить ньютоновскую «задачу трех тел». Расчеты парных взаимодействий в ядре углерода-14 определенно указывают на очень быстрый распад. Значит, ответ следовало искать в трехнуклонных взаимодействиях.

В этом исследователям помог суперкомпьютер «Ягуар», установленный в Окриджской национальной лаборатории. По скорости счета в 2,3 квадрильона вычислений в секунду он превосходит все остальные суперкомпьютеры мира. Но и ему, чтобы разобраться с трехнуклонными взаимодействиями углерода-14, понадобилось 30 миллионов процессорных часов. Что неудивительно – ему пришлось работать с тридцатью триллионами ненулевых элементов и заполнять ими таблицу с миллиардом строк и миллиардом столбцов.

В результате оказалось, что именно «трехнуклонные силы» играют решающую роль в длительности распада углерода-14 – он подавляют стремление «двухнуклонных сил» поскорей избавиться от лишнего нейтрона.

Чтобы понять «на пальцах» физический смысл этого «удерживания», человеку нужно вслед за суперкомпьютером повторить все его расчеты. Поскольку это невозможно, приходится удовольствоваться загрузкой на вход «черного ящика» начальных условий и получением на выходе конечных результатов. Это, конечно, минус, но, с другой стороны, и плюс – мы получаем возможность узнавать то, что выше человеческого понимания. Сейчас физики из Айовы готовятся приступить к изучению четырехнуклонных взаимодействий. И надеются на сюрпризы.

Источник(и):

1. CNews