Ядро калия теряет свою магию

Новое исследование, проведенное с помощью установки ISOLDE, не обнаруживает никаких признаков «магического» числа нейтронов в калии-51, что ставит под сомнение всю предполагаемую магическую природу ядер с 32 нейтронами, сообщает портал phys.org.

Магия, кажется, покидает некоторые атомные ядря. Последние измерения размеров ядер калия, богатых нейтронами, не показывают никаких признаков «магического» числа нейтронов в калии-51, который имеет 19 протонов и 32 нейтрона. Результат, полученный группой исследователей с использованием установки для разделения изотопов ISOLDE, установленной в ЦЕРН, и описанный в статье, недавно опубликованной в Nature Physics, бросает вызов теориям ядерной физики и предполагаемой магической природе ядер с 32 нейтронами.

Считается, что протоны и нейтроны занимают в атомном ядре серию оболочек разной энергии, точно так же, как электроны в атоме заполняют серию оболочек вокруг ядра. В этой модели оболочки ядра, в которой протоны или нейтроны образуют полные оболочки, не оставляющие места для дополнительных частиц, называются «магическими», потому что они более прочно связаны и стабильны, чем их ядерные соседи. Число протонов или нейтронов в таких ядрах называется «магическими» и является краеугольным камнем, на котором физики строят свое понимание ядер.

Предыдущие исследования показали, что ядра с ровно или близко к 20 протонам и с 32 нейтронами являются магическими в зависимости от энергии, необходимой для удаления пары нейтронов из ядра или перевода ядра на более высокий энергетический уровень. Однако измерения того, как (зарядовые) радиусы ядер калия и кальция, богатых нейтронами, изменяются по мере добавления к ним нейтронов, поставили под сомнение это указание, поскольку они не показали внезапного относительного уменьшения радиусов калия-51 и кальция-52, у которых по 32 нейтрона. Такое уменьшение по сравнению с ядерными соседями с меньшим количеством нейтронов будет указывать на то, что 32 – это магическое число нейтронов, а ядра с 32 нейтронами – магические.

Магическое нейтронное число 32 также может быть обнаружено по внезапному относительному увеличению радиусов ядер, которые имеют еще один нейтрон, то есть 33 нейтрона. Это именно то, что намеревалась изучить команда, стоящая за последним исследованием ISOLDE. Объединив два метода, исследователи ISOLDE смогли провести измерения радиусов богатых нейтронами ядер калия и расширить их до калия-52, который имеет 33 нейтрона. Эти два метода представляют собой тип лазерной спектроскопии, называемой спектроскопией коллинеарной резонансной ионизации (CRIS), которая позволяет с высокой точностью изучать богатые нейтронами ядра, и обнаружение β-распада, включающее также обнаружение испускаемых бета-частиц (электронов или позитронов) из ядер.

Новые измерения ISOLDE не показали внезапного относительного увеличения радиуса калия-52, и, следовательно, никаких признаков «магичности» нейтрона с номером 32. Исследователи продолжили моделировать данные с помощью новейших ядерных теорий, обнаружив, что данные опровергают эти теории. «Лучшие из имеющихся на рынке моделей ядерной физики не могут удовлетворительно воспроизводить данные», – говорит ведущий автор статьи Аги Кошорус. «Если они правильно понимают одну из характеристик данных, они полностью упускают из виду все остальное», – добавил со-ведущий автор Сяофэй Ян. «Это исследование подчеркивает наше ограниченное понимание ядер, богатых нейтронами», – говорит соавтор Томас Коколиос. «Чем больше мы изучаем эти экзотические ядра, тем больше мы понимаем, что модели не могут воспроизвести экспериментальные результаты».

«Полученный результат показывает, сколько нам еще предстоит проделать работы, чтобы понять атомное ядро – вероятно, наименее изученную область физики», – заключает Коколиос.