Физики выяснили, что тяжелые атомные ядра имеют несимметричную форму

Новое теоретическое исследование, проведенное физиками из японского института RIKEN, показало, что тяжелые атомные ядра имеют более сложную и менее симметричную форму, чем считалось на протяжении последних 70 лет. Работа опубликована в журнале The European Physical Journal A.

До сих пор физики полагали, что все тяжелые ядра, деформированные из сферической формы, вытянуты в одном направлении, как мячи для регби (сверху), но исследователи RIKEN показали, что практически все такие ядра имеют трехосную симметрию с овальным поперечным сечением, как миндальные орехи (снизу). Автор: RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science

Согласно общепринятой модели, разработанной лауреатами Нобелевской премии Оге Бором и Беном Моттельсоном в 1950-х годах, многие тяжелые атомные ядра должны быть вытянуты в одном направлении, напоминая по форме мяч для регби. Эта теория заменила первоначальное представление о ядрах как идеальных сферах.

Однако Такахару Оцука, приглашенный ученый из Центра науки на основе ускорителей RIKEN Nishina, всегда сомневался в этой модели. «Когда была предложена модель Оге Бора, она давала некоторые простые вычисления, но они казались мне чрезмерно упрощенными, — вспоминает он. — И не было убедительного общего аргумента, почему ядро должно деформироваться таким симметричным образом».

На протяжении десятилетий эти сомнения не давали покоя Оцуке, и он все чаще начал задаваться вопросом: действительно ли большинство крупных ядер имеют форму регбийного мяча? Когда он начал выступать на конференциях с предположением, что ядра с миндалевидной формой встречаются часто, он столкнулся со скептицизмом и даже противодействием со стороны других ядерных физиков.

Теперь Оцука получил подтверждение своей гипотезы. В теоретическом исследовании с коллегами он показал, что практически все тяжелые эллипсоидально деформированные ядра на самом деле имеют трехосные формы, напоминающие миндаль, а не двуосные формы, подобные регбийным мячам. Для проведения расчетов команде потребовался доступ к суперкомпьютеру Fugaku — одному из самых мощных в мире.

Это открытие имеет важные последствия для понимания того, как ядра вращаются, поскольку означает, что они могут вращаться вокруг двух осей вместо одной. Также оно влияет на поиск новых сверхтяжелых ядер, которые тяжелее известных в настоящее время.

«Эта работа представляет собой крупный сдвиг в фундаментальном описании структуры ядра, которое было укоренено в течение почти 70 лет», — заключает Оцука.

Больше информации: T. Otsuka et al, Prevailing triaxial shapes in atomic nuclei and a quantum theory of rotation of composite objects, The European Physical Journal A (2025). DOI: 10.1140/epja/s10050-025-01553-1