Физики-ядерщики предсказывали особую стабильность изотопов с “магическим” числом протонов или нейтронов в ядре. Для нового изотопа кислорода, полученного в японской лаборатории, предсказание не подтвердилось, и учёные пытаются понять причины этого.
Как сообщает журнал Nature, физики из японского научно-исследовательского института Riken впервые получили изотоп кислорода-28. В нём на 12 нейтронов больше, чем в нормальном кислороде-16 — наиболее распространенном изотопе природного кислорода.
Данный изотоп представлял большой интерес, так как он относится к “двойным магическим ядрам”. Ядра атомов состоят из положительно заряженных протонов и не имеющих электрического заряда нейтронов, которые связаны ядерным взаимодействием. От соотношения числа этих частиц зависит, будет ли данное ядро стабильным. Особыми свойствами обладают ядра, в которых число протонов или нейтронов равно одному из так называемых магических чисел — 8, 20, 28, 50, 82 или 126. Такие ядра, даже если они нестабильны, живут дольше, чем немного отличающиеся от них по числу протонов или нейтронов “немагические” нестабильные ядра. Магические числа являются проявлением оболочечной структуры ядер и соответствуют полностью заполненным протонной или нейтронной оболочке. Это можно сравнить с полным заполнением электронной оболочки у благородных газов, что делает их особенно устойчивыми — почему они практически и не вступают в химические реакции с другими веществами. Если в ядре магическими являются и число протонов, и число нейтронов, то такие ядра называют “дважды магическими”. К “дважды магическим” ядрам относится и наиболее распространенный стабильный изотоп кислорода — в нём 8 протонов и 8 нейтронов.
В ядерной физике магические числа — это такое число протонов или нейтронов в ядре, при котором становится полностью заполненной какая-либо его оболочка.
Циклотрон, который создает потоки радиоактивных изотопов. Вако, Япония.
Фото: Nishina Center for Accelerator-Based Science
Изучение синтеза и распада несуществующих в природе атомных ядер — один из способов понять особенности ядерного взаимодействия. Учёные давно предсказывали “магические” свойства несуществующего в природе кислорода-28, в котором 8 протонов и 20 нейтронов. Эксперимент по его синтезу проводился на ускорительном комплексе Riken для производства и изучения короткоживущих изотопов. Ядерщики сначала направляли пучок изотопов кальция-48 на мишень из бериллия, при этом рождались ядра изотопа фтора-29. В них на один протон больше, чем нужно для искомого кислорода-28. Поэтому учёные сталкивали пучок изотопов фтора-29 с мишенью из жидкого водорода, при этом из фтора вылетал один протон, и получался кислород-28.
Из-за своей нестабильности, кислород-28 невозможно детектировать непосредственно, поэтому физики детектировали его продукты распада: кислород-24 и четыре нейтрона. Это первое одновременное наблюдение четырёх нейтронов в таком процессе. Для него японские ядерщики позаимствовали детектор из Института тяжелых ионов имени Гельмгольца в Дармштадте.
Учёным не удалось измерить время жизни кислорода-28 — он распадался практически сразу после того, как возникал, то есть вел себя не как дважды магический изотоп. Между тем физики ожидали, что в силу своих “магических” чисел протонов и нейтронов он поживет подольше. Поэтому данный эксперимент поднимает много вопросов к нынешним теоретическим моделям. Одним из ответов на эти вопросы физики видят синтез кислорода-30 и сравнение его времени полураспада с временем полураспада кислорода-28.
В ядерной физике магические числа — это такое число протонов или нейтронов в ядре, при котором становится полностью заполненной какая-либо его оболочка.
