Ilgas ir lėtas anglies – 14 (14C) skilimas leidžia archeologams tiksliai nustatyti radinių amžių, jeigu jis neviršija 60 tūkstančių metų. Nors anglies datavimo metodas yra gerai žinomas ir tiksliai išaiškintas (paprastai kaulų amžiui nustatyti matuojamas anglies – 14 ir kitų anglies izotopų santykis), priežastis, kodėl anglis – 14 taip lėtai skyla, vis dar nesuprasta.
Kodėl anglies – 14 pusėjimo trukmė (laikas, kurio reikia, kad bandinyje esančių branduolių kiekis skilimo būdu sumažėtų dvigubai) siekia apie 6 tūkstančius metų, kai tuo tarpu kitų lengvųjų branduolių vos kelias minutes ar net sekundes?
„Tai kelis dešimtmečius branduolinės fizikos specialistams buvo neįmenama mįslė, – teigia Ajovos valstybinio universiteto (JAV) fizikos ir astronomijos profesorius Džeimsas Varis (James Vary). – Viso to priežastis pasirodė esanti ganėtinai egzotinė“.
Tokią ilgą anglies – 14 pusėjimo trukmę lemia kiekvieno anglies – 14 branduolyje veikiančios stiprios trijų nukleonų (neutrono arba protono) jėgos. Svarbiausios yra vienu metu tarp bet kurių trijų nukleonų veikiančios sąveikos ir jų įtaka anglies – 14 skilimui. Tačiau sumodeliuoti tokį procesą – toli gražu ne juokų darbelis.
Šiuo konkrečiu atveju prireikė apie 30 milijonų „Jaguar“ superkompiuterio, esančio Ouk Ridžo nacionalinėje laboratorijoje Tenesyje (JAV), skaičiavimo valandų. Šis superkompiuteris gali atlikti 2,3 kvadrilijonų (1015) skaičiavimo operacijų per sekundę – tokia sparta, kuomet buvo atliekami anglies – 14 modeliavimo darbai, leido šiam galiūnui atsidurti pirmojoje 500 galingiausių pasaulio superkompiuterių vietoje.
Gauti rezultatai publikuoti žurnale „Physical Review Letters“.
Dž. Varis kartu su kitu Ajovos valstybinio universiteto mokslininku Piteriu Marisu (Pieter Maris) yra pagrindiniai išspausdinto straipsnio autoriai. Prie šių tyrėjų taip pat prisidėjo Kanados nacionalinės dalelių ir branduolinės fizikos laboratorijos Vankuveryje, Lorenco Livermoro nacionalinės laboratorijos Kalifornijoje bei Ouk Ridžo nacionalinės laboratorijos (abi JAV) atstovai.
Dž. Varis, aiškindamas rezultatus, mėgsta priminti, jog dvi subatominės dalelės, turinčios priešingus krūvio ženklus, viena kitą traukia. Tuo tarpu to paties krūvio ženklo dalelės viena kitą stumia. O kas nutinka, kuomet sąveikauja trys dalelės – juk tai skiriasi nuo paprastos sąveikos poromis?
Stipri trijų nukleonų tarpusavio sąveika yra sudėtinga, tačiau ji gerokai pratęsia anglies – 14 atomų skilimo trukmę.
„Visa istorija nepaaiškėja, kol nėra įtraukiamas trijų dalelių tarpusavio jėgos, – pasakoja mokslininkas. – Sudėtingos trijų nukleonų tarpusavio jėgos daug prisideda prie ilgos anglies – 14 pusėjimo trukmės“.
Pasak P. Mariso, trijų dalelių tarpusavio jėgos, veikdamos kartu, panaikina didžiausią įtaką anglies – 14 skilimui darantį porinių jėgų poveikį. Dėl šios priežasties anglies – 14 pusėjimo trukmė išauga daugybę kartų ir štai kodėl anglis – 14 yra nepakeičiama nustatinėjant sąlyginai nesenų fosilijų amžių.
Tam, kad gautų šį atsakymą, tyrėjams prireikė sudaryti milijardinių matmenų skaičiavimo matricą ir kompiuterio, galinčio susitvarkyti su 30 trilijonų nenulinių elementų. Taip pat prireikė parašyti kompiuterinę programą, galinčią sumodeliuoti visą anglies – 14 branduolį kartu visomis veikiančiomis trijų nukleonų tarpusavio sąveikomis. Palyginimui teko atlikti atitinkamus skaičiavimus su azotu – 14, kuris yra antrinis anglies – 14 skilimo branduolys. Ir, žinoma, teko išsiaiškinti, kaip visus algoritmus pritaikyti „Jaguar“ superkompiuterio architektūrinėms ypatybėms.
„Tai buvo šešių mėnesių darbas suspaustas į tris mėnesius“, – teigia P. Marisas.
Tačiau tiek užteko, kad branduolinės fizikos specialistai paaiškintų ilgai trunkantį anglies – 14 skilimą. Vis dėlto tyrėjai neketina sustoti.
„Dabar visi žino apie trijų nukleonų tarpusavio jėgas, – sako mokslininkas. – O kaip dėl keturių nukleonų tarpusavio sąveikų? Tai atveria duris naujiems tyrimams“.
