Найдено новое магическое число

Найдено новое магическое число

Физики, ведомые Дэвидом Степпенбеком (David Steppenbeck) из Токийского университета (Япония), определили новое магическое число нейтронов в нестабильном изотопе кальция.

«Магическими» называют ядра с полными «оболочками» нуклонов (протонов и нейтронов), обычно чрезвычайно устойчивыми к распаду. Неплохой пример — гелий-4, с парой нейтронов и двумя протонами. Гелий, напомним, исключительно стабилен: значительная его часть возникла в момент Большого взрыва. Дальше магические числа для химических элементов дают 8, 20, 28, 50, 82 и 126. Однако в рядах таких магических ядер есть заметные исключения: ядра с неодинаковым числом нейтронов и протонов нестабильны даже при соблюдении магических чисел. В частности, в кремнии-42 есть 28 нейтронов, а протонов всего 14; равным образом нестабильны и изотопы кислорода с 16 нейтронами.

Изучения изотопов кальция, в которых нейтронов больше, чем протонов, уже показало, что число нейтронов, равное 32, позволит такому ядру оставаться стабильным. Теоретические работы предсказывали, что и 34 нейтрона для кальция будут «магическими», но проверить это на практике долгое время не удавалось.

Группа г-на Степпенбека обстреливала ядрами скандия и титана твёрдую мишень из бериллия. Столкновения образовывали большое количество короткоживущих ядер, при распаде которых появлялись гамма-лучи, регистрируемые экспериментальной установкой. При этом выяснилось, что первое возбуждённое состояние у кальция-54 наступает лишь при весьма высокой энергии; это указывает на то, что электронная подоболочка такого ядра закрывается при 34 нейтронах. Подоболочка ядер аналогична хорошо известной атомной подоболочке (s, p, d и т. д.). Если ширина запрещённой зоны велика, закрытие этой подоболочки соответствует магическому числу.

Итак, кальций-54 с 34 нейтронами в ядре сравнительно стабилен — то есть хотя и распадается быстро, но всё же значительно медленнее, чем должен был, не будь число «34» для него магическим (ну а физика, легко догадаться, познала ещё одно магическое число для ядер атомов).

Что всё это даёт? Взаимодействие нуклонов внутри нестабильных ядер, конечно, не так часто встречается в повседневной жизни, однако нуклеосинтез в недрах звёзд породил все элементы тяжелее гелия, в том числе те, из которых состоим мы с вами. Понимание поведения таких ядер значительно улучшит знание как химии звёзд, так и происходящих в их недрах физических процессов.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.