ТАСС, 29 января. Физики усомнились в существовании экзотических стабильных сверхтяжелых изотопов с "магическим" числом нейтронов – 32. К такому выводу их привело измерение размеров ядра атомов калия-52, внутри которых есть 33 нейтрона. Их исследование опубликовал научный журнал Nature Physics.
Ядра всех элементов тяжелее водорода состоят из двух типов частиц – положительно заряженных протонов и не имеющих электрического заряда нейтронов. От соотношения этих частиц зависит, насколько атом стабилен: если число протонов не равно количеству нейтронов, то атом становится нестабильным и пытается избавиться от "лишних" частиц. Ученые пока не знают, что управляет этими процессами.
Физики пытаются выяснить это, изучая элементы с так называемым "магическим числом" протонов и нейтронов: 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126. Подобные изотопы стабильнее соседей и распадаются не так, как это предсказывает классическая ядерная физика.
В ходе нового исследования ученые под руководством Аготы Кёсёрюш из Ливерпульского университета (Великобритания) усомнились, что еще одно "магическое" число – 32 нейтрона – действительно обладает теми же свойствами, что и другие. Для этого физики разработали способ синтеза сверхтяжелых изотопов калия и изучили их свойства.
Первые намеки на то, что это число "магическое", специалисты CERN получили в 2013 году после измерений массы и размеров двух сверхтяжелых изотопов кальция – кальция-53 и кальция-54. Для обоих эти параметры значительно расходилась с предсказаниями теории, то есть эти изотопы оказались необычно стабильными.
Кёсёрюш и ее коллеги проверили, так ли это на самом деле. Они провели аналогичные измерения для калия, который находится рядом с кальцием в периодической таблице. Для подобных экспериментов физики разработали новый способ синтеза сверхтяжелых изотопов этого металла при помощи установки ISOLDE, а также новые методы измерений радиуса их атомов.
Первые эксперименты физики провели на атомах калия-52, в которых содержится 19 протонов и 33 нейтрона. Ученые получили их, обстреливая мишень из урана пучком протонов высоких энергий.
Затем эти атомы подсветили лазером, чтобы понять, как взаимодействия между электронами и ядром влияли на структуру спектра фотонов. Таким образом можно очень быстро и точно определить диаметр атома. Узнать размеры калия-52 другим способом очень сложно, поскольку его период полураспада составляет всего 110 мс.
Оказалось, что резких изменений в радиусе атома в районе 32 нейтронов не существует. Это ставит под сомнение "магию" числа.
Не поверив в такой результат, физики повторили эксперимент и провели дополнительные теоретические расчеты, меняя все возможные параметры и подходы к просчету свойств ядра калия-52. Однако результаты все равно не поменялись, а объяснить полученные аномалии у Кёсёрюш и ее коллег не получилось. То есть физические теории, которые описывают структуру ядер "магических" изотопов, для элементов с нечетным числом протонов и нейтронов работают не всегда корректно.
Ученые надеются, что создание еще более тяжелых изотопов калия и изучение их свойств поможет узнать, почему теории неправильно описывают их свойства, а также проверить еще одно потенциальное "магическое" число – 34, на существование которого впервые указали прошлогодние эксперименты физиков из Южной Кореи.