Науковці заявили, що фундаментальні закони ядерної фізики можуть порушуватися

Вперше в історії ядерної фізики науковці зафіксували так званий «острів інверсії» у ядрах, де кількість протонів і нейтронів є симетричною. Раніше подібні деформації спостерігали лише у нейтронно‑насичених, нестабільних ядрах. Новий ефект виявлено у молібдені‑84 (Z = N = 42), що змінює уявлення про будову атомного ядра.

Міжнародна команда з Центру вивчення екзотичних ядер (IBS), університетів Падуї, Страсбурга, Мічиганського державного університету та інших установ провела експерименти з ізотопами молібдену‑84 та молібдену‑86. Використовуючи гамма‑спектроскопію та точні вимірювання часу життя збуджених станів ядра у межах піко‑ та фемтосекунд, дослідники встановили, що навіть симетричні ядра можуть мати сильні деформації — ознаку колективної поведінки нуклонів.

Спектр гамма-випромінювання пучків Mo-84 (вгорі) і Mo-86 (внизу), отриманий за допомогою GRETINA і плунжера TRIPEX. Спектри, отримані за допомогою симуляції GEANT4, показані червоною лінією. S і F на малюнку відповідають гамма-випромінюванню, що випромінюється, коли іонний пучок є відносно повільним (Slow) і швидким (Fast) відповідно після реакції з вторинною мішенню. Джерело: Інститут фундаментальних наук

У молібдені‑84 зафіксовано аномально сильне збурення форми, спричинене координацією восьми нуклонів (4 протони та 4 нейтрони), які одночасно переходять на вищі енергетичні рівні, залишаючи «дірки» на нижчих. Такі процеси можливі лише завдяки особливій симетрії та взаємодіям між трьома нуклонами, що виходить за межі класичних двонуклонних моделей.

Для порівняння, ізотоп молібдену‑86, який має два додаткові нейтрони, демонструє звичайну структуру з помірними збуреннями. Це дозволило визначити межу нового «острова інверсії», що розташований саме в точці симетрії N = Z.

Раніше відомі острови інверсії позначені зеленими еліпсоїдами. У випадку Cr-64 збудження 4 частинок і 4 дірок відбувається в орбіталях нейтронів. Ізоспін-симетричний острів інверсії, виявлений у цьому дослідженні, позначений фіолетовим еліпсоїдом. Конфігурації протонів і нейтронів основного стану Mo-84 демонструють симетричні збудження 4‑частинок-4-дірок, що в результаті дає загальне збудження 8‑частинок-8-дірок. Джерело: Інститут фундаментальних наук

Відкриття показує, що фундаментальні закони ядерної будови можуть порушуватися навіть у найбільш симетричних ділянках ядерної карти. Дослідження нової зони нестандартної структури відкриває шлях до глибшого розуміння взаємодій, які утримують атомні ядра, та вдосконалення моделей будови матерії.