Ученые из Массачусетского технологического института обнаружили, что атомные ядра неона имеют форму кегли для боулинга, проанализировав данные коллайдера. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.
Каждый атом во Вселенной строится вокруг своего ядра, состоящего из плотно упакованных протонов и нейтронов. Именно эта часть определяет элементарную идентичность атома и содержит большую часть его массы. В учебниках ядро часто изображают в виде «ягоды», вокруг которой по орбитам вращаются электроны. Однако эта картина не всегда точно отражает реальное положение вещей в квантовом мире.
Не все ядра устроены одинаково, и некоторые из них могут иметь формы, отклоняющиеся от сферы. Например, радий-224 обладает явно выраженной асимметричной грушевидной формой. Понимание этих структур помогает физикам прогнозировать, как элементы будут вести себя в экстремальных условиях. Но увидеть такую форму напрямую крайне сложно, и дело здесь не только в микроскопических размерах.
При обычных измерениях ядро не остается неподвижным в пространстве. Его квантовое состояние эффективно усредняется по всем возможным ориентациям. Из-за этого несферическое ядро с нулевым угловым моментом в лабораторных условиях все равно будет казаться сферическим. Для решения этой проблемы физикам пришлось использовать возможности ускорителя частиц. Когда ионы сталкиваются на огромных скоростях, их внутренняя структура влияет на поток образующейся материи.
Анализ траекторий частиц
В рамках эксперимента коллаборации CMS исследователи сравнили столкновения ядер кислорода-16 и неона-20. Ученые не сталкивали эти элементы между собой, а изучали результаты запусков кислород-кислород и неон-неон по отдельности. Эти изотопы близки по массе, но, согласно математическим моделям, имеют совершенно разную внутреннюю архитектуру. Расчеты предсказывали тетраэдрическую структуру для кислорода и форму кегли для неона.
Специалисты сравнивали распределение частиц, вылетающих после каждого типа столкновений. Они искали закономерности в потоке, которые могли бы раскрыть начальную геометрию объектов. Анализ был направлен на выявление так называемых эллиптических и треугольных потоков материи. Разница в строении должна была проявиться в относительной силе эллиптического потока при лобовых ударах.
Полученные данные подтвердили теоретические ожидания ученых, хотя изменения в треугольном потоке не полностью совпали с прогнозами. Пространственное расположение протонов и нейтронов действительно оставляет обнаруживаемый след в брызгах частиц. Подобные эксперименты дают физикам новый надежный инструмент для зондирования структуры атомных ядер. Результаты накладывают строгие ограничения на модели поведения материи и расширяют понимание ядерной физики.
Ранее Наука Mail рассказывала, что физики создали атом из антиматерии и впервые зафиксировали его волновую природу.