Найдены неподвластные магическим числам атомные ядра

Схема экспериментальной установки рисунок: RIKEN.

Физики из Японии, Китая и США обнаружили атомные ядра, форма которых противоречит теоретическим предсказаниям, диктуемым так называемыми «магическими числами». Эксперимент был основан на использовании короткоживущих ядер, получаемых в сложном многостадийном процессе. Подробности со ссылкой на публикацию ученых в Physical Review Letters приводит японский исследовательский институт RIKEN.

Протоны и нейтроны внутри атомного ядра размещаются на уровнях (оболочках) так же, как электроны в атоме. Полностью заполненные оболочки придают ядру свойства, напоминающие свойства атомов инертных газов – они стабильны. Полностью заполненными оболочками обладают ядра с 2, 8, 20, 28, 50, 82 или 126 протонами или нейтронами. Эти числа физики называют «магическими».

Международная группа исследователей установила, что ядра магния-32 (20 нейтронов, период полураспада 85 миллисекунд) и кремния-42 (28 нейтронов, период полураспада около 13 миллисекунд), не подчиняются «магическим» закономерностям.

Исследователи получали короткоживущие изотопы за счет сложной двухуровневой схемы. Они направляли ядра кальция-48 (стабильный изотоп), разогнанные до 0,7 скорости света, на бериллиевую мишень. Часть ядер взаимодействовала с мишенью с образованием осколков, которые сортировали с помощью магнитного поля.

Из множества продуктов реакции выделялись ядра алюминия-39 и кремния-40, которые сами по себе отличались малым временем жизни (около 33 и 7 миллисекунд). Их также разгоняли до 60 процентов от скорости света и облучали ими вторую (углеродную) мишень. Здесь уже рождались интересующие ученых изотопы, причем, из-за избытка энергии, в возбужденном состоянии. Как следствие, такие ядра излучали гамма-кванты, анализ которых и позволил сделать выводы о строении ядра.

По мнению авторов открытия,

говорить о радикальном пересмотре оболочечной модели не приходится. Новые данные просто указывают на то, что деформированных короткоживущих ядер больше, чем считалось ранее. Ученые надеются, что это, в свою очередь, позволит более точно моделировать рождение тяжелых ядер в астрофизических процессах, а также лучше понять характер ядерных сил.

На сегодняшний день открыт вопрос о существовании стабильных сверхтяжелых ядер, так называемого «острова стабильности».

Изучая множество деформированных ядер, ученые могут приблизиться к пониманию правил, позволяющих очертить границы и «острова стабильности».