Исследователи впервые измерили ядра трех протонов богатых изотопами кальция, согласно новой статье, опубликованной в журнале Nature Physics.

При тщательном рассмотрении исследователи FRIB обнаружили, что радиусы изменяются уникальным образом, отражая сложное поведение протонов и нейтронов внутри ядра. Фото: Мичиганский государственный университет.

Одним из наиболее фундаментальных свойств ядра является его размер. Радиус ядра обычно увеличивается с увеличением числа протонов и нейтронов. Однако при тщательном рассмотрении радиусы изменяются уникальным образом, отражая сложное поведение протонов и нейтронов внутри ядра.

Особый интерес представляет изменение радиусов заряда изотопов кальция. Они демонстрируют своеобразное поведение с кальцием-48, имеющим почти тот же радиус, что и кальций-40, локальный максимум у кальция-44, отчетливый нечетно-четный зигзагообразный рисунок и очень большой радиус для кальция-52. Хотя модель была частично объяснена (серая линия на рисунке), многие существующие теории пытаются объяснить это поведение. Ниже самого легкого стабильного изотопа кальция-40 радиус заряда был известен только для кальция-39 из-за сложности производства протон-богатых ядер кальция.

Радиус ядра кальция мал, около 0,0000000000000035 метров (или 3,5 фемтометра), а локальное отклонение еще в 200 раз меньше. Более того, богатые протонами изотопы кальция довольно недолговечны. Например, кальций-36 существует только одну десятую секунды. Крошечные изменения в радиусах заряда очень короткоживущих изотопов можно измерить, используя технику лазерной спектроскопии, разработанную в BEam COoler и LAser спектроскопии, BECOLA, в Национальной лаборатории сверхпроводящих циклотронов в Университете штата Мичиган.

Исследование, проведенное Эндрю Миллером, ассистентом выпускника NSCL, впервые измерило (красные квадраты на рисунке) радиусы заряда трех протон-богатых изотопов кальция (с массовыми числами A = 36, 37, 38). Было обнаружено, что они намного меньше, чем предыдущие теоретические предсказания, и представляют собой новую загадку. Тем не менее, улучшенная теоретическая модель с акцентом на эти настоящие данные замечательно воспроизводит общую тенденцию радиусов от кальция-36 до кальция-52 (синяя линия на рисунке). Этот успех можно объяснить лучшим пониманием того, как протоны взаимодействуют друг с другом на больших расстояниях за пределами поверхности богатого протонами ядра кальция. Улучшение понимания радиусов заряда будет влиять на дальнейшее развитие глобальной модели атомного ядра.

Эксперимент по лазерной спектроскопии в BECOLA и усовершенствованная ядерная модель будут играть еще более существенную роль в определении и интерпретации радиусов ядер в установке для редких изотопных пучков, которая в настоящее время строится в МГУ, что обеспечит беспрецедентный доступ к новым редким изотопам.

По материалам phys.org