Физики из Окриджской лаборатории доказали, что ядро изотопа олова-132 является так называемым дважды магическим ядром, то есть число протонов и нейтронов в нем таково, что протонные и нейтронные оболочки оказываются полностью заполнены. Статья исследователей опубликована в журнале Nature. Коротко работа описана на портале Physics World.
Структура ядра, так же как и структура атома, состоит из оболочек, только заполняют их не электроны, а протоны и нейтроны. И так же как в случае атомов, структура ядра наиболее стабильна в том случае, если протонные и нейтронные оболочки оказываются полностью заполненными. Числа протонов и нейтронов, необходимые для полного заполнения оболочек, называют магическими. Соответственно, магическими зовут ядра с "правильным" числом протонов или нейтронов, а дважды магическими - с магическим набором и тех и других.
В настоящее время физикам известны шесть дважды магических ядер, структура которых подтверждена, - это гелий-4, кислород-16, кальций-40, кальций-48, никель-48 и свинец-208. Существуют и другие кандидаты на звание дважды магических ядер, однако их время жизни очень мало, поэтому физикам не удается изучить их структуру и подтвердить "статус". Одним из таких кандидатов является изотоп олова-132, в ядре которого есть 50 протонов и 82 нейтрона. Период полураспада олова-132 равен четырем секундам.
Обычно физики проверяют структуру предположительно магического ядра так: пленку из соответствующего изотопа бомбардируют атомами дейтерия - изотопа водорода, ядро которого состоит из одного протона и одного нейтрона. Однако в случае олова-132 создать "мишень" невозможно, поэтому авторы новой работы провели эксперимент, используя обратную схему. Они разгоняли частицы олова-132 до одной десятой скорости света и бомбардировали ими полиэтиленовую пленку, в которой все атомы протия ("обычный" легкий изотоп водорода) были заменены на дейтерий. Встречаясь с дейтерием, изотоп олова-132 "забирал" у него нейтрон. При этом "остаток" ядра дейтерия - протон - улетал. Изучая характеристики этого протона, ученые смогли доказать, что частица, "оторвавшая" от него нейтрон, действительно представляет собой дважды магическое ядро.
До сих пор считалось, что доказать "двойную магическую" природу ядра олова-132 на имеющемся у ученых оборудовании невозможно. И сейчас это удалось сделать только благодаря "хитрому" эксперименту. Окриджская лаборатория, где была выполнена эта работа, входит в число трех ведущих лабораторий, которые занимаются исследованием природы атомных ядер и синтезом новых элементов. Два других исследовательских центра расположены в Дармштадте в Германии и в Дубне в Подмосковье. Дубненские физики в начале апреля заявили о синтезе 117-го элемента таблицы Менделеева. Подробнее об этой работе можно прочитать тут, а интервью с руководителем эксперимента Юрием Оганесяном - тут.