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碳-14的长而缓慢的衰变使考古学家能够准确地将历史遗迹定为6万年

虽然碳定年技术是众所周知和理解的(碳-14与其他碳同位素的比例是用来确定含有任何生物残余物的物体的年龄),但碳-14缓慢衰变的原因尚未发生

了解

确切地说,为什么碳-14的半衰期接近6000年,而其他轻原子核的半衰期为几分钟或几秒

(半衰期是样本中的原子核衰变到原始量的一半所需的时间

)“​​几十年来,这对核物理学家来说是一个非常重要的难题,”爱荷华州立大学教授詹姆斯瓦里说

物理学和天文学

“其根本原因是一个相当奇特的原因

”原因涉及每个碳-14核内强大的三核子力(核子是中子或质子)

这完全是关于任何三个核子之间的同时相互作用以及由此产生的对碳-14衰变的影响

并且模拟这些交互并非易事

在这种情况下,在田纳西州橡树岭国家实验室的捷豹超级计算机上花费了大约3000万个小时

捷豹的峰值性能达到每秒2.3千万亿次,这一速度在碳-14模拟运行时位居世界500强超级计算机之首

该研究项目的研究结果最近由Physical Review Letters杂志在线发表

爱荷华州物理学和天文学研究人员科学家Vary和Pieter Maris是该论文的主要作者

TRIUMF的Petr Navratil(加拿大温哥华粒子与核物理国家实验室)和加利福尼亚的劳伦斯利弗莫尔国家实验室合作

劳伦斯利弗莫尔国家实验室的Erich Ormand;加上橡树岭国家实验室的Hai Ah Nam和David Dean

该研究得到了美国能源部科学办公室的合同和拨款的支持

在解释调查结果时,他们喜欢提醒人们两种不同电荷的亚原子粒子会相互吸引

具有相同电荷的粒子彼此排斥

那么,当有三个粒子相互作用时,会发生什么呢

它们与作为线对的简单相互作用不同

强三核相互作用很复杂,但事实证明,碳原子的衰变很多

“在你加入三粒子力量之前,整个故事并没有结合在一起,”瓦里说

“难以捉摸的三核子力量在很大程度上影响了生命这一事实,即碳-14的寿命如此之长

”马里斯说,三粒子力共同抵消了控制碳衰变的成对力的影响-14

结果,碳-14半衰期延长了许多数量级

这就是为什么carbon-14是一个非常有用的工具,用于确定物体的年龄

为了得到这个答案,Maris说研究人员需要一个十亿亿的矩阵和一台能够处理其30万亿非零元素的计算机

他们还需要开发一种能够模拟整个碳-14核的计算机代码,包括三核子力的作用

此外,他们需要对氮-14(碳-14衰变的子核)进行相应的模拟

并且,他们需要弄清楚如何扩展计算机代码以便在Jaguar petascale超级计算机上使用

“这是为期六个月的工作压缩了三个月,”马里斯说

但核物理学家足以解释碳-14的长半衰期

现在他们说还有更多难题要解决:“现在每个人都知道这些三核子力量,”瓦里说

“但是四核力呢

这确实为更多学习打开了大门

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