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

Представьте себе ядро атома — крошечную, плотную сердцевину материи, в которой сосредоточена почти вся масса вещества. Мы привыкли думать о ядрах как о чём-то стабильном и предсказуемом, но на самом деле они могут вести себя довольно неожиданно. Недавнее открытие, сделанное группой физиков, заставило нас переосмыслить некоторые устоявшиеся представления. Оказалось, что ядро изотопа свинца-190 может одновременно принимать сразу три совершенно разные формы.

Трио форм внутри одного ядра

В чем же заключается эта загадка? Ученые смогли напрямую наблюдать, как ядро ¹⁹⁰Pb существует сразу в трёх вариантах, словно три разные личности, которые делят одно тело. Эти формы — сферическая, сплюснутая и вытянутая — наглядно демонстрируют, насколько динамичным может быть поведение ядра на микроскопическом уровне. Причём все эти формы существуют в районе основного (невозбужденного) состояния ядра, а не только в каких-то экзотических условиях.

Но как вообще такое возможно? Чтобы разобраться в этом, нужно немного углубиться в мир квантовой механики. Ядро атома — это не просто шарик из протонов и нейтронов. Оно представляет собой сложную систему, в которой эти частицы взаимодействуют друг с другом, подчиняясь законам квантовой физики. Эти взаимодействия порождают так называемые ядерные состояния, которые могут иметь разную энергию. Каждому состоянию соответствует определенная форма ядра. В большинстве ядер одно состояние обычно преобладает, но в некоторых случаях (как, например, в ¹⁹⁰Pb) сразу несколько форм могут конкурировать за главенство.

Эксперименты, открывшие глаза

Чтобы заглянуть внутрь ядра и увидеть эти разные формы, физики использовали целый арсенал методов. В лаборатории Университета Ювяскюля (Финляндия) был проведён ряд экспериментов. Первый из них заключался в измерении гамма-излучения, возникающего при распаде ядра ¹⁹⁰Pb. По энергии и характеристикам этого излучения ученые смогли определить, какие именно формы присутствуют в ядре. Другой метод был основан на анализе гамма-лучей, которые испускаются при переходе ядра из метастабильного (долгоживущего) состояния. Наконец, третьим методом измерялось время жизни возбужденных состояний. Для этого физики использовали эффект Доплера, который позволяет судить о движении ядер внутри мишени.

В результате этих исследований удалось получить беспрецедентную картину поведения ядра ¹⁹⁰Pb. Выяснилось, что одно из возбужденных состояний имеет вытянутую форму, напоминающую арбуз. Также было установлено, что основное состояние ядра, вопреки предыдущим предположениям, имеет сплюснутую форму, как помидор. И, что самое удивительное, обнаружено свидетельство существования сферического состояния. Все эти формы, как уже говорилось, существуют практически одновременно.

Загадки и перспективы

Стоит отметить, что существование нескольких разных форм в ядре не является чем-то совершенно новым. Однако измерение сразу трёх сосуществующих деформаций ядра было достигнуто впервые. Это не только важный экспериментальный результат, но и серьезный вызов для современной ядерной теории.

Дело в том, что такие явления как сосуществование нескольких форм ядра очень трудно точно описать. На сегодняшний день существующие теоретические модели не могут полностью объяснить наблюдаемое поведение ¹⁹⁰Pb. Поэтому результаты, полученные финскими и британскими учеными, представляют собой ценный материал для совершенствования этих моделей.

Изучение редких изотопов, таких как ¹⁹⁰Pb, может помочь нам лучше понять природу ядерных сил и процессов, происходящих внутри атомных ядер. В свою очередь это понимание может иметь далеко идущие последствия для многих областей науки и техники — от энергетики до медицины. Это открытие показывает нам, что даже давно изученные объекты могут скрывать в себе немало сюрпризов и тайн. И что новые знания рождаются на стыке эксперимента и теории.