Международная исследовательская коллаборация опровергла убеждение, что атомное ядро свинца-208 (²⁰⁸Pb) имеет идеальную сферическую форму. Это открытие ставит под сомнение фундаментальные представления о структуре ядер и имеет далеко идущие последствия для нашего понимания того, как образуются самые тяжелые элементы во Вселенной.
Часть использованного в эксперименте детектора GRETINA / © Argonne National Laboratory
Изотоп свинца-208 очень стабилен из-за своего особого «дважды магического» строения: у него замкнутая протонная оболочка из 82 частиц и 126 нейтронов в ядре. Это самое тяжелое из известных ядер такого типа, очень стабильное и интересующее ученых.
Международная группа ученых использовала высокоточный экспериментальный метод для изучения формы «дважды магического» изотопа и обнаружила, что ядро свинца-208 не идеально сферическое, а слегка вытянутое, как мяч для регби (вытянутый сфероид). Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
«Мы смогли объединить четыре независимых измерения, используя самое чувствительное в мире оборудование для такого типа исследований, что и позволило нам сделать это сложное наблюдение. То, что мы увидели, удивило нас, окончательно доказав, что свинец-208 не сферический, как можно было бы наивно предположить. Эти результаты напрямую бросают вызов выводам наших коллег из области ядерной теории, открывая захватывающие перспективы для будущих исследований», — сказал доктор Джек Хендерсон (Jack Henderson), главный автор исследования из Школы математики и физики Университета Суррея (Великобритания).
Основной инструмент исследования — гамма-спектрометр GRETINA в Национальной лаборатории Аргонн в Иллинойсе (США). Ученые обстреливали атомы свинца пучками высокоскоростных частиц, разогнанных до 10 процентов скорости света. Столкновения частиц со свинцом передавали ядру энергию с генерацией гамма-излучения. Ученые создали уникальные гамма-«отпечатки» свойств возбужденных квантовых состояний ядер свинца-208 и по ним определили форму ядер.
На основе современных моделей атомного ядра ученые считали, что ядро свинца-208 должно быть сферическим. По результатам эксперимента исследователи могут с уверенностью сказать,что это не так. Теперь теоретическим физикам предстоит пересмотреть модели, используемые для описания атомных ядер: эксперименты показывают, что структура ядер гораздо сложнее, чем считалось.
«Одна из возможностей заключается в том, что колебания ядра свинца-208, возбуждаемые во время экспериментов, менее регулярны, чем предполагалось ранее», — говорит профессор Пол Стивенсон (Paul Stevenson), ведущий теоретик исследования из Университета Суррея.
