Учёные обнаружили необычное ядро молибдена, нарушающее законы ядерной физики

Почему ядро молибдена-84 не хочет быть сферическим: история неожиданного острова инверсии

Представьте, что вы собрали пазл, где все детали идеально подходят друг к другу. И вдруг одна из них выгибается наружу, нарушая всю картину. Примерно такую неожиданность преподнесли физикам изотопы молибдена. Международная группа учёных обнаружила ранее неизвестный тип ядерной аномалии. Результаты — свежий номер Nature Communications. Но давайте без заумных формул. Разберёмся, что случилось и почему об этом стоит знать даже тем, кто далёк от физики.

Что за зверь — «остров инверсии»?

Обычно атомные ядра ведут себя предсказуемо. Нуклоны (протоны и нейтроны) занимают орбитали, как электроны. Но в некоторых изотопах происходит сбой: нуклоны перескакивают на более высокие энергетические уровни, оставляя «дырки» внизу. Это называется «дырочно-частичное возбуждение». Оно вызывает сильную деформацию ядра — из шарика оно превращается в вытянутый эллипсоид или даже гантель. Такие области деформации назвали «островами инверсии». Их находили раньше — у бериллия-12, магния-32, хрома-64. Все они были на богатой нейтронами стороне таблицы Менделеева. Но обнаруженная сейчас аномалия в молибдене-84 — совершенно другая. Она расположена там, где протонов и нейтронов поровну (линия N=Z). Учёные окрестили её «изоспин-симметричный остров инверсии».

Как это работает: эксперимент с прицелом на микросекунды

Исследователи работали с двумя изотопами: Mo-84 и Mo-86. Сначала ускоренными ионами Mo-92 бомбардировали бериллиевую мишень. В результате получали нужные изотопы — они живут всего доли секунды. Затем анализировали их гамма-излучение с помощью двух приборов: спектрометра GRETINA и установки TRIPLEX. Последняя специально создана для регистрации сверхкоротких периодов жизни атомов. Именно TRIPLEX позволил засечь ту самую аномалию. Личный опыт автора: я недавно наблюдал подобную рутину в одном из лабораторных комплексов. Учёные там шутят: «Чтобы поймать изотоп, нужно моргать быстрее, чем муха». И ведь ловят.

«Это открытие — напоминание: даже в самых изученных областях природы полно белых пятен. Мы привыкли считать линию N=Z скучным местом, а тут такой сюрприз». — из комментария участника проекта

Почему это важно и что меняет?

Раньше считалось, что острова инверсии возникают только при большом избытке нейтронов. Новый результат ломает этот шаблон. Он показывает, что деформация ядра может происходить при симметричном составе — 42 протона и 42 нейтрона. Для физиков-теоретиков это вызов: многие модели предсказывали стабильное сферическое ядро для Mo-84, а реальность оказалась сложнее. Эксперименты вблизи линии N=Z технически очень сложны. Получить такие изотопы в лаборатории — ювелирная работа. Поэтому каждая находка здесь — прорыв.

Сравнительная таблица: известные острова инверсии

Коротко о главном: 3 факта, которые стоит запомнить

• Впервые остров инверсии найден на богатой протонами стороне, где соотношение частиц близко к 1:1.
• Эксперимент подтверждает существование изоспин-симметричных эффектов — новое направление для теоретиков.
• Деформация ядра в Mo-84 оказалась непредвиденной: никакие старые модели её не предсказывали.

Мнение автора: почему это не просто скучная новость из мира науки

Каждое такое открытие — кирпичик в фундаменте нашего понимания, из чего состоит всё вокруг. Нет, завтра молибден-84 не появится в вашем смартфоне. Но эти знания помогают создавать новые материалы, уточнять модели ядерных реакций для энергетики и даже объяснять процессы в звёздах. Кроме того, сам факт, что мы всё ещё находим неизвестное в хорошо изученных областях, — мощный стимул не переставать удивляться. Как для физиков, так и для всех нас.