Ydinrakenteen

Ydinrakenteen tutkimus käsittelee protonien ja neutronien eli ydinpartikkelien järjestäytymistä sekä näiden vuorovaikutuksia ytimessä. Ytimen rakenne määrittelee sen energiaspektrin, spinin ja pariteetin sekä magnetiset ja sähköiset ominaisuudet, ja näillä tekijöillä on vaikutusta ytimeen kohdistuviin reaktioihin sekä sen stabiilisuuteen.

Teoreettisia malleja on useita. Kuorimallissa nucleonit asettuvat energiatason kuorille, mikä selittää monia pysyviä ominaisuuksia, kuten magic-numerot ja magneettiset momentit. Kollektiiviset mallit painottavat ydinsisäisiä liikkeitä ja deformoituvuutta. Nestemäisen tippumisen malli (liquid-drop) kuvaa ydintä makro-skooppisesti, erityisesti massojen jakautumista sekä fissionin yleisiä piirteitä. Nykyisin käytetään myös mean-field-lähestymistapoja ja tiheysfunktionaalisia malleja (density functional theory), joilla voidaan kuvata suurten ytimien rakennetta. Ab initio -menetelmät, kuten no-core shell model ja coupled cluster, pyrkivät kuvaamaan pienempiä ytimia perusteellisemmin.

Käytännössä ydinrakenteen tuntemusta kehitetään sekä kokeellisin että teoreettisin menetelmin. Spektri-, momentti- ja reaktiotietojen avulla voidaan rekonstruoida energiarakenteita ja vuorovaikutuksen luonnetta. Viimeaikainen tutkimus yhdistää nämä tiedot ydinmallien kehittämiseen; ab initio -lähestymistavat lisäävät tarkkuutta pienemmissä ytimissä, kun taas kuorimallit ja kollektiiviset mallit kuvaavat suurempia järjestelmiä. Ydinrakenteen ymmärryksellä on keskeinen rooli ydinteknologiassa sekä astrofyysisten prosessien, kuten nucleosynteesin, mallintamisessa.