Каждый химический элемент определяется фиксированным числом протонов, однако количество нейтронов в ядре может варьироваться, образуя разные изотопы. Когда баланс между этими частицами нарушается, ядро становится нестабильным и радиоактивным. Особый интерес для науки представляют изотопы, которые сохраняют устойчивость даже при значительном дисбалансе. Такие ядра называют магическими, и долгое время природа их стабильности оставалась предметом дискуссий.
Традиционная ядерная оболочечная модель, построенная по аналогии с электронными оболочками атома, успешно предсказывает, какие комбинации протонов и нейтронов дают магические числа — 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Однако эта модель не объясняет глубинные механизмы сильного ядерного взаимодействия, удерживающего нуклоны вместе.
В своем исследовании группа Ченронга Дина из Университета Сунь Ятсена (Китай) сосредоточилась на изучении изотопа олово-132, который содержит 50 протонов и 82 нейтрона — оба числа считаются магическими. Физики применили принципиально иной подход, отказавшись от попыток наблюдать отдельные нуклоны. Вместо этого они проанализировали волновую функцию всего ядра, описывающую совокупное поведение всех частиц с учетом парных и даже тройных взаимодействий между ними.
При пониженном разрешении, когда акцент смещается с индивидуальных характеристик нуклонов на их коллективную динамику, из волновой функции естественным образом проявилась знакомая структура энергетических уровней. Магические числа при этом сохранились без изменений, но впервые удалось проследить их прямую связь с фундаментальными силами, действующими между протонами и нейтронами.
Результаты работы позволили преодолеть разрыв между двумя основными направлениями ядерной физики. Феноменологические модели хорошо описывают поведение ядер, но не опираются на первые принципы. Методы, основанные на фундаментальных взаимодействиях, напротив, часто оказываются слишком сложны для практического применения к тяжелым ядрам. Новая концепция предлагает способ соединить оба подхода без потери физической строгости.
Ранее Наука Mail рассказывала, что необычное ядро молибдена нарушает законы ядерной физики.
