Вчені здійснили прорив у розумінні стабільності найрідкісніших ядерних структур

Фізики вперше підтвердили, що ізотоп кремнію-22 відкриває новий “магічний” протонний номер — 14. За словами науковців дає важливі підказки щодо структури атомних ядер і сил, які визначають поведінку найрідкісніших атомів у Всесвіті.

В ядерній фізиці “магічними числами” називають кількість протонів чи нейтронів, за яких ядро стає особливо стійким. Відомі такі класичні числа (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126) для стабільних ізотопів, але ситуація із нестабільними, нетривалими ізотопами лишалася загадкою. Дослідження саме таких рідкісних форм матерії дозволяють науковцям зрозуміти, як елементи формувалися у Всесвіті та які сили тримають ядра разом.

Вчені Інституту сучасної фізики Китайської академії наук провели унікальний експеримент — виміряли масу кремнію-22, ізотопу з малим числом нейтронів і надзвичайно коротким періодом напіврозпаду. Саме це дозволило довести, що для кремнію-22 число протонів 14 є “магічним” — тобто забезпечує підвищену стабільність.

Відомо, що в ізотопі кисню-22 магічними є 14 нейтронів. Теорія “дзеркальних” ядер прогнозувала, що у кремнію-22 (який має 14 протонів та 8 нейтронів) аналогічний ефект має проявитися для протонів. До цього моменту такий феномен не вдавалося експериментально підтвердити через виняткову рідкість і нестабільність кремнію-22.

Використовуючи покращену методику мас-спектрометрії в інсталяції у Ланьчжоу, дослідники вперше точно виміряли масу кремнію-22 та визначили, що ядро не втрачає відразу два протони — тобто має додаткову стабільність на межі так званої “краплі” протонів. Розрахунки парних енергій для протонів (кремній-22) і нейтронів (кисень-22) остаточно підтвердили нове “магічне” число 14 для протонів.

Крім того, дослідження виявило невелику асиметрію: у кремнію-22 протони розподілені більш розріджено, ніж нейтрони у кисню-22, що свідчить про легке порушення симетрії.

Результати дослідження поглиблюють розуміння екзотичних ядерних структур, механізмів взаємодії нуклонів і дають змогу краще описувати поведінку надзвичайно рідкісних та нестійких ядер у природі.