そもそも軽いはずの水銀が、なぜ重元素のような奇妙な分裂パターンを見せるのでしょうか?

その謎を解くために、国際的な研究チームは、これまでにない新しいシミュレーション手法を用いて、水銀の核が割れる仕組みを探ることに挑みました。

彼らが目指したのは、水銀180が対称的ではなく、「二山型」の不均等な質量分布で分裂するその根本的な原因を理論的に解き明かすことでした。

果たして、その謎はどのような実験とシミュレーションによって解明されたのでしょうか?

「液体金属」水銀、その核には誰も知らなかった謎があった

「液体金属」水銀、その核には誰も知らなかった謎があった
「液体金属」水銀、その核には誰も知らなかった謎があった / Credit:clip studio . 川勝康弘

なぜ水銀の核は、軽い元素なのに重元素のような奇妙な割れ方をするのでしょうか?

この謎を解き明かすため、研究者たちはまず、水銀の核が実際に割れる様子を正確に再現できる、まったく新しいシミュレーション手法の開発に挑戦しました。

彼らが使ったのは「5次元Langevinモデル」と呼ばれる最新の計算手法です。

従来のモデルは、核が割れる直前の静止した状態だけを考えるため、水銀のように刻々と変化する軽い核の動きをうまく再現できませんでした。

そこで今回のモデルでは、核が安定した状態から徐々に伸びたりくびれたりして、ついには破片に割れるまでの一連の過程を細かく計算し、その動きを追いかけられるようにしたのです。

この新しいモデルによって、核の内部構造(殻構造)がエネルギーによってどのように影響を受けるのかもリアルに再現できるようになりました。

研究チームはまず、この5次元Langevinモデルを用いて、水銀180の核分裂をシミュレーションしました。

水銀180の核を人工的に作り出すため、アルゴン36(36Ar)をサマリウム144(144Sm)という物質に衝突させる反応を再現しました。

また比較のため、別のタイプの水銀(190Hg)についても同様にシミュレーションを行いました。