Физики объяснили происхождение магических чисел

Хотя каждый химический элемент определяется фиксированным числом протонов в атомном ядре, количество нейтронов в нем не фиксировано. Такие ядерные конфигурации образуют семейства изотопов элемента — заряд у них одинаковый, а массовые числа различаются.

Если соотношение протонов и нейтронов становится слишком несбалансированным, ядро теряет стабильность и может спонтанно распадаться. Тяжелые элементы с большим ядром обычно имеют меньше стабильных изотопов.

При определенных числах протонов и нейтронов некоторые изотопы оказываются необычайно стабильными. Причины этого физики долго не могли полностью объяснить. Такие «магические ядра» ученые часто описывают с помощью оболочечной модели ядра. Эта концепция рассматривает нуклоны, протоны и нейтроны как частицы, занимающие дискретные энергетические уровни. Переходы между уровнями при этом сопровождаются поглощением или испусканием энергии из ядра.

Физики точно измерили форму ядра свинца-208, и теперь им придется пересмотреть модели атомных яде… Международная исследовательская коллаборация опровергла убеждение, что атомное ядро свинца-208 (²⁰⁸Pb) имеет идеальную сферическую форму. Это открытие ставит под сомнение фундаментальные представле… naked-science.ru

Несмотря на то что оболочечная модель ядра позволяет предсказывать, какие комбинации нуклонов образуют магические ядра, она не полностью отражает физику реальных атомных ядер. Например, она не может использовать в моделировании в явном виде сильное ядерное взаимодействие — силу, которая связывает нуклоны и позволяет положительно заряженным протонам сосуществовать в ядре, не разлетаясь в разные стороны. Долгое время объяснить существование магических ядер при действии сильного взаимодействия было серьезной проблемой для физиков-теоретиков.

Научная группа под руководством Чэньжуна Дина (Chenrong Ding) из Университета Сунь Ятсена (Китай) нашла способ это сделать. Физики описали квантовую систему атомного ядра с помощью набора волновых функций, описывающих возможные состояния системы и вероятность каждого из них. Ученые не могут непосредственно наблюдать энергетические уровни нуклонов в ядрах и взаимодействия между ними. Но их коллективно передает волновая функция, описывающая ядро целиком.

Исследователи сосредоточились на олове-132 — дважды магическом изотопе, содержащем 50 протонов и 82 нейтрона. Они изучили реальные данные об олове с высоким энергетическим разрешением и «размыли» картину до низкого разрешения, в рамках которого ядро описывается волновой функцией. При этом процессе естественным образом проявилась ожидаемая в рамках теории оболочечного строения ядра картина энергетических уровней. Магические числа протонов и нейтронов, как и предсказывает оболочечная модель, остались неизменными. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

ВЭПП-6: каким будет новый коллайдер, который даст шанс на понимание природы темной материи Крабовый салат, крабовые чипсы, крабовые палочки, крабовый… коллайдер: что может быть общего у представителя отряда десятиногих ракообразных и физики элементарных частиц? Звучит абсурдно, а на деле… naked-science.ru

Физики нашли в ядрах переход от спиновой к псевдоспиновой симметрии с уменьшением разрешения, который сопровождается появлением магических чисел нуклонов. Основную роль в спин-орбитальном расщеплении играют силы трехнуклонного взаимодействия. Этот переход ученые наблюдают в разных ядрах, при разных взаимодействиях в релятивистской и нерелятивистской парадигмах

Этот результат впервые позволил ученым преодолеть разрыв между двумя основными подходами в теории строения ядра: моделями, описывающими поведение ядер из экспериментов, и методами из первых принципов, стремящимися вывести это поведение из фундаментальных сил. Исследователи надеются, что их подход позволит физикам исследовать слабо изученные области карты ядер и в итоге прольет новый свет на все еще загадочные свойства самых тяжелых и экзотических ядер.