Открытие нового магического числа меняет правила ядерной физики

Новый взгляд на устройство материи: команда китайских ученых впервые точно измерила массу нестабильного изотопа кремния-22. Результат подтвердил существование нового «магического» числа — 14 протонов. Это открытие переписывает основы ядерной физики и помогает лучше понять, из чего состоит материя.
Автор Наука Mail
Модель атома
Магическое число 14 подтверждено и для протоновИсточник: Unsplash

В 1940-х годах физики Мария Гепперт-Майер и Ганс Йенсен объяснили, почему некоторые ядра атомов устойчивее других: при определенном числе протонов или нейтронов оболочки в ядре замыкаются, и система становится стабильной. Такие числа называют магическими. Классические магические числа — 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126. Но все это справедливо для относительно устойчивых ядер. А вот как ведут себя экзотические изотопы, у которых слишком много или мало частиц, до сих пор точно не знали.

Новое исследование, проведенное учеными из Института современной физики Китайской академии наук, впервые позволило точно измерить массу нестабильного изотопа кремний-22. В нем всего 8 нейтронов и 14 протонов — редкая комбинация, которую никто не мог зафиксировать с нужной точностью. Благодаря использованию метода изохронной масс-спектроскопии на ускорительном комплексе в Ланьчжоу, ученые не только получили значения массы, но и доказали, что кремний-22 не теряет два протона самопроизвольно, а значит, находится на границе стабильности. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Схема эксперимента
На весах изображены зеркальные ядра: кислород-22 (8 протонов, 14 нейтронов) и кремний-22 (14 протонов, 8 нейтронов)Источник: IMP

Результаты измерений позволили вычислить энергию связи протонов и сравнить ее с зеркальным изотопом — кислородом-22, у которого 14 нейтронов. Ранее считалось, что число 14 магическое только для нейтронов. Теперь же оказалось, что и для протонов оно работает. Это подтвердили теоретические расчеты по модели оболочек Гамова.

По информации Института современной физики, работа расширяет понимание структуры самых экзотических ядер и приближает физиков к построению общей картины взаимодействий внутри атомного ядра.

Ранее Наука Mail рассказывала о другом ярком эксперименте, где ученые впервые увидели, как формируются химические связи в реальном времени.