Ученые впервые измерили три деформации атомного ядра: Почему свинец-190 так легко меняет свою геометрию?

Ядро атома изотопа свинца-190 способно существовать сразу в трех различных формах — сферической, сплюснутой и вытянутой. Это открытие, сделанное группой физиков из Университета Ювяскюля (Финляндия), не просто фиксирует необычный квантовый феномен, но и ставит под сомнение точность современных теоретических моделей, описывающих структуру материи. Результаты исследования опубликованы в рецензируемом научном журнале.

Феномен множественной деформации ядра

Вопреки устоявшемуся представлению об атомном ядре как о стабильной и однородной структуре, ядро ¹⁹⁰Pb демонстрирует удивительную пластичность. Ученые зафиксировали, что в районе основного (невозбужденного) состояния ядро может принимать три конкурирующие конфигурации:

• Сферическую — классическую шарообразную форму.
• Сплюснутую — напоминающую помидор или приплюснутый шар.
• Вытянутую (пролатную) — похожую на арбуз или сигару.

Такое сосуществование форм — не просто теоретическая абстракция. Оно является результатом сложных квантово-механических взаимодействий между протонами и нейтронами, которые в данном изотопе создают несколько равновероятных энергетических состояний.

Методология эксперимента: как увидеть невидимое

Для регистрации этих форм исследователи применили комбинацию прецизионных методов. Анализ гамма-излучения, испускаемого при распаде ядра, позволил идентифицировать энергетические уровни, соответствующие каждой из деформаций. Дополнительно использовался метод измерения времени жизни возбужденных состояний с помощью эффекта Доплера, что дало возможность оценить геометрические параметры ядра в реальном времени.

Ключевой результат — прямое измерение квадрупольного момента, который однозначно указывает на степень отклонения формы ядра от идеальной сферы. Ранее физики наблюдали сосуществование двух форм, но регистрация трех различных деформаций вблизи основного состояния является беспрецедентной.

Долгое время считалось, что основное состояние ¹⁹⁰Pb является сферическим. Новые данные опровергают это: основное состояние оказалось сплюснутым, а сферическая форма — одним из возбужденных, но при этом стабильно сосуществующих вариантов.

Вызов для ядерной теории

Хотя феномен "форменного сосуществования" известен в ядерной физике, наблюдаемая в данном эксперименте сложность ставит перед теоретиками трудную задачу. Существующие модели, такие как модель взаимодействующих бозонов (IBM) или подходы за пределами среднего поля (BMF), пока не способны полностью воспроизвести и объяснить тройную деформацию, зафиксированную в изотопе свинца-190.

Это означает, что текущие представления о ядерных силах и коллективных движениях нуклонов требуют уточнения. Полученные данные становятся эталоном для калибровки новых теоретических расчетов.

Изучение экзотических изотопов, подобных ¹⁹⁰Pb, — это не просто удовлетворение научного любопытства. Понимание того, как протоны и нейтроны организуются в сложные структуры, имеет фундаментальное значение. Оно напрямую связано с описанием процессов, происходящих в нейтронных звездах, и с синтезом тяжелых элементов во Вселенной. В прикладном плане эти знания могут в перспективе повлиять на развитие ядерной энергетики и создание новых материалов с заданными свойствами. Данное открытие — яркое напоминание о том, что даже на микроуровне реальность оказывается сложнее и многограннее, чем наши самые смелые гипотезы.