Исследование разрушило фундаментальное правило ядерной физики

Десятилетиями ученые считали, что свинец-208 «вдвойне магическое» и очень стабильное атомное ядро, имеет идеально сферическую форму. Однако новаторское новое исследование разрушило это предположение, показав, что его ядро ​​на самом деле вытянуто, как мяч для регби.

Используя усовершенствованный гамма-спектрометр и высокоскоростные столкновения частиц, исследователи обнаружили неожиданное квантовое поведение, которое противоречит давней ядерной теории. Это открытие заставляет физиков переосмыслить фундаментальные принципы ядерной структуры, потенциально изменяя наше понимание тяжелых элементов и их образования во Вселенной.

Международная группа исследователей под руководством Группы ядерной физики Университета Суррея опровергла давнее убеждение относительно свинца-208 (208 Pb). Ранее ученые считали, что это атомное ядро ​​имеет идеально сферическую форму, но новые данные показывают, что оно слегка вытянуто. Это открытие бросает вызов фундаментальным идеям о структуре ядра и может изменить наше понимание того, как образуются самые тяжелые элементы во Вселенной.

Свинец-208 известен своей исключительной стабильностью как «двойное магическое» ядро ​​— самое тяжелое из выявленных на данный момент. Исследование, опубликованное в Physical Review Letters, использовало высокоточные экспериментальные методы для анализа его формы. Исследователи обнаружили, что вместо того, чтобы быть идеальной сферой, ядро ​​208 Pb слегка вытянуто в форму, похожую на мяч для регби (вытянутый сфероид).

«Мы смогли объединить четыре отдельных измерения, используя самое чувствительное в мире экспериментальное оборудование для такого типа исследований, что позволило нам сделать это сложное наблюдение», — объяснил доктор Джек Хендерсон, главный исследователь из Школы математики и физики Университета Суррея.

По его словам, то, что увидели исследователи, удивило их, убедительно продемонстрировав, что свинец-208 не имеет сферической формы, как можно было бы предположить. Эти данные напрямую бросают вызов результатам исследований в области ядерной теории, представляя направление для будущих исследований, отметил он.

Используя современный гамма-спектрометр GRETINA в Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе, США, ученые бомбардировали атомы свинца высокоскоростными пучками частиц, ускоренными до 10% скорости света. Это эквивалентно вращению Земли в секунду.

Взаимодействия создали уникальные гамма-отпечатки свойств возбужденных квантовых состояний в ядрах 208 Pb. По словам исследователей, ядра были возбуждены, что, в свою очередь, использовалось для определения их формы.

Физики-теоретики, в том числе из Группы ядерной теории университета Суррея, в настоящее время пересматривают модели, используемые для описания атомных ядер. Это происходит потому, что эксперименты показывают, что структура ядра гораздо сложнее, чем считалось ранее.

«Эти высокочувствительные эксперименты пролили новый свет на то, что, как нам казалось, мы очень хорошо понимали, и поставили перед нами новую задачу — понять причины этого. Одна из возможностей заключается в том, что колебания ядра свинца-208, возбуждаемые во время экспериментов, менее регулярны, чем предполагалось ранее. Сейчас мы продолжаем совершенствовать наши теории, чтобы определить, верны ли эти идеи», — говорит профессор Пол Стивенсон, ведущий теоретик исследования из Университета Суррея.

Исследование, в котором приняла участие группа экспертов из ведущих исследовательских центров ядерной физики Европы и Северной Америки, бросает вызов фундаментальным принципам ядерной физики и открывает новые возможности для исследований в области ядерной стабильности, астрофизики и квантовой механики.

Сверхтвердые тела — это квантовое состояние материи, сочетающее в себе свойства твердых тел и жидкостей. Ранее ученые физики превратили сам свет в сверхтвердое тело. Это прорыв, который может привести к новым квантовым и фотонным технологиям.