ТАСС, 30 августа. Физики из Японии впервые получили и изучили свойства атомов кислорода-28, сверхтяжелого изотопа этого элемента с двойным "магическим" числом протонов и нейтронов. Изучение структуры его нейтронных оболочек поставило под сомнение "магические" свойства 20 нейтронов в ядрах этих атомов, сообщили в пресс-службе Технологического института Токио. Исследование было опубликовано в среду в журнале Nature.
"Замеры вероятности формирования атомов кислорода-28 в потоке атомов фтора-29 показывают, что нейтронная оболочка этого изотопа кислорода не является замкнутой. Это говорит о том, что так называемый "остров стабильности" находится за пределами области рядом с фтором-28 и фтором-29, а также с соседними изотопами кислорода", - заявил ведущий автор работы, доцент Технологического института Токио Йосукэ Кондо, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Ядра всех элементов тяжелее водорода состоят из двух типов частиц-нуклонов: положительно заряженных протонов и нейтронов, не имеющих электрического заряда. Соотношение числа этих частиц напрямую влияет на стабильность атома. Если внутри него преобладают протоны или нейтроны, то атом становится нестабильным и пытается избавиться от лишних частиц.
Физики уже много десятилетий стремятся понять, почему это так, изучая элементы с так называемым магическим числом протонов и нейтронов: 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126. Подобные изотопы - вариации атомов - значительно стабильнее, чем их соседи, и при этом они распадаются не так, как это предсказывает классическая ядерная физика. По этой причине ученые непрерывно изучают магические изотопы и ищут новые числа подобного рода.
Поиски ядерного острова стабильности
Группа физиков под руководством Кондо впервые изучила свойства кислорода-28, одного из самых легких атомов с двойным магическим числом нуклонов. Его атомы содержат 8 протонов и 20 нейтронов, которые, как давно предполагают физики-ядерщики, должны формировать так называемую замкнутую оболочку, обладающую необычно высокой стабильностью - то есть силой, удерживающей атом от распада.
Авторы работы проверили эту теорию на практике при помощи циклотрона RIBF, построенного на базе Центра ускорительных исследований RIKEN в Сайтаме. При его помощи ученые разогнали пучок ионов кальция-40, столкнули их с мишенью из бериллия и получили поток атомов нестабильного фтора-29. Их физики столкнули с жидким водородом, что привело к формированию множества атомов кислорода-27 и кислорода-28. И сразу же кислород-28 показал, что не обладает ожидаемыми магическими свойствами - он распался быстрее, чем исследователи успели его изучить напрямую.
Последующее изучение устройства этих атомов и наблюдения за их распадами неожиданно указали на то, что нейтронная оболочка кислорода-28 является открытой, а не замкнутой. Это ставит под сомнение то, что число 20 является магическим для нейтронов внутри атома, а также радикально меняет представления физиков о том, где может находиться так называемый остров стабильности, набор из необычно стабильных тяжелых ядер, на карте изотопов легких элементов.
Как надеются ученые, они смогут уточнить положение острова стабильность в ходе последующих опытов с кислородом-28, а также при попытках синтеза еще более тяжелых изотопов этого элемента и его ближайших соседей. Наблюдения за их распадами помогут физикам понять, как расположены нейтроны внутри этих атомов и почему они не образуют замкнутую структуру, как на то указывают общепринятые теории.