Физики определили границу «острова инверсии», где нарушается стандартная модель ядра

Установка ISOLDE в ЦЕРНе. Автор: CERN

Эксперимент, проведенный на установке ISOLDE в ЦЕРНе, позволил определить западную границу небольшого «острова» атомных ядер, где нарушаются общепринятые ядерные правила.

Атомное ядро было открыто более века назад, но многие вопросы о силе, удерживающей вместе протоны и нейтроны, и о том, как эти частицы упаковываются внутри ядра, остаются без ответа.

В классической оболочечной модели ядра протоны и нейтроны располагаются в оболочках с возрастающей энергией, а полностью заполненные внешние оболочки протонов или нейтронов приводят к образованию особенно стабильных «магических» ядер. Однако эта модель работает только для ядер с правильным соотношением протонов и нейтронов. При нарушении баланса модель перестает работать.

Определение областей на карте ядер, где происходит этот сбой, является важной задачей для ядерных физиков по всему миру. Цель? Создать модель, применимую ко всем ядрам и ведущую к более глубокому пониманию их внутренней структуры.

В статье, только что опубликованной в Physical Review C, Луи Лаланн и его коллеги сообщают о данных с установки ISOLDE в ЦЕРНе, которые позволили им определить западную границу одной такой области — «острова инверсии», связанного с числом нейтронов 40.

Остров инверсии с 40 нейтронами — это один из немногих небольших островов необычных ядер в море преимущественно «нормальных» ядер на нейтронно-богатом краю ядерной карты. В этих изолированных регионах обычный порядок заполнения ядерных оболочек нарушается, и нейтроны занимают оболочки, отличные от тех, где мы ожидаем их найти. Это необычное заполнение оболочек придает этим ядрам необычные формы и свойства по сравнению с их соседями.

Для изучения острова инверсии с 40 нейтронами Лаланн и его коллеги использовали ISOLDE — уникальную установку для производства и изучения ядер, имеющих слишком много или слишком мало нейтронов для стабильности. В частности, они создали и исследовали малоизученное ядро хром-61, которое имеет 24 протона и 37 нейтронов и, как предполагалось, расположено прямо у западного берега острова инверсии с 40 нейтронами.

Используя измерения, проведенные с помощью аппарата коллинеарной резонансной ионизационной спектроскопии (CRIS), который позволяет с высокой точностью изучать нейтронно-богатые ядра, исследователи определили два свойства хрома-61, известные как спин и магнитный дипольный момент.

В сочетании с теоретическими расчетами эти измерения показали, что хром-61 имеет конфигурацию заполнения оболочек, которая находится между ожидаемой для ядер, расположенных за пределами острова инверсии с 40 нейтронами, и ожидаемой для ядер, лежащих внутри него — таким образом определяя западную границу острова инверсии с 40 нейтронами.

«Конечная цель — понять, как возникает и эволюционирует ядерная структура по всей ядерной карте, — говорит Лаланн. — Острова инверсии важны, потому что они представляют регионы быстрой эволюции, которые бросают вызов нашему пониманию. Этот результат помогает нам построить более четкую картину механизма, управляющего этой эволюцией».

Больше информации: L. Lalanne et al, Cr61 as a doorway to the N=40 island of inversion, Physical Review C (2025). DOI: 10.1103/423q-cxfh

Источник: CERN