Експеримент з бомбардування спеціальних атомів свинцю високошвидкісними частинками привів до шокуючого результату. Замість ідеальної сфери, яку очікували фізики з Університету Суррею, серце ізотопу свинець-208 (208Pb) виявилося несподівано сплющеним.
Це відкриття натякає на те, що атомні ядра можуть бути складнішими, ніж ми припускали, і має потенційно важливі наслідки для нашого розуміння утворення важких елементів.
208Pb — дуже особливий атом. Коли кількість протонів або нейтронів дорівнює так званим “магічним” числам, ці нуклони утворюють повністю заповнену оболонку. Атом, в якому як протони, так і нейтрони складаються з магічних чисел, відомий як подвійно магічний; це стосується 208Pb, який має 82 протони та 126 нейтронів.
Подвійно магічні ядра є особливо стабільними проти ядерного розпаду, а 208Pb є найважчим стабільним ізотопом серед всіх елементів, тому його вважають важливою основою ядерної фізики.
Оскільки 208Pb настільки стабільний, вчені припустили, що його ядро повинно бути ідеально сферичним. Але, використовуючи гамма-спектрометр GRETINA в Національній лабораторії Аргонна в США для вивчення його структури, вони виявили, що це не так.
“Нам вдалося поєднати чотири окремі вимірювання за допомогою найчутливішого експериментального обладнання для таких досліджень, що дозволило нам зробити це складне спостереження”, — говорить Хендерсон.
“Ми побачили, що свинець-208 не є сферичним, як можна було б наївно припустити. Ці результати прямо кидають виклик теоретичним даним наших колег, відкриваючи захоплюючу можливість для подальших досліджень.”
Експерименти полягали у бомбардуванні ядер 208Pb частинками, прискореними до вражаючих 10% швидкості світла – близько 30 000 км/с. Це бомбардування збуджує квантові стани в ядрі, що дозволяє фізикам аналізувати ці стани та визначити форму ядра.
Дослідники здійснили чотири окремі вимірювання квантових станів, поєднавши їх для виявлення злегка сплющеної сферичної форми в серці 208Pb.
І хоча 208Pb був предметом численних досліджень, те, що його форма відрізняється від очікуваної, вражає. Вчені поки не знають, чому це ядро має ідеальну сферичну форму.
Це відкриття натякає на те, що з атомними ядрами може відбуватися більше, ніж ми припускали, і для повного розкриття їхніх таємниць необхідно продовжувати дослідження.
“Ці надзвичайно чутливі експерименти пролили нове світло на те, що ми вважали добре зрозумілим, ставлячи перед нами нове завдання — зрозуміти причини цих результатів”, — зазначає ядерний фізик Пол Стівенсон з Університету Суррею.
“Одна з можливостей полягає в тому, що вібрації ядра свинцю-208 під час збудження в експериментах є менш регулярними, ніж ми раніше припускали. Ми зараз удосконалюємо наші теорії, щоб з’ясувати, чи є ці ідеї правильними.”
Дослідження було опубліковано в Physical Review Letters.