Любопытная вещь произошла, когда исследователи из Массачусетского технологического института Адам Вернон и Рональд Гарсия Руис вместе с международной группой ученых недавно провели эксперимент, в котором метод чувствительной лазерной спектроскопии использовался для измерения того, как изменяются ядерно-электромагнитные свойства изотопов индия, когда чрезвычайное число к ядру присоединяются нейтроны. Эти ядра не существуют в природе, и после создания их время жизни может составлять всего доли секунды, поэтому команда искусственно создала ядра с помощью ускорителя частиц в исследовательском центре CERN в Швейцарии. Используя комбинацию нескольких лазеров и ионной ловушки, команда выделила интересующие изотопы и провела точные измерения атомов, содержащих эти экзотические ядра. В свою очередь, это позволило извлечь их ядерные свойства.
Вернон, постдоктор Лаборатории ядерных наук (LNS); Гарсия Руис, доцент кафедры физики и член LNS; и их коллеги добились удивительного результата. При измерении ядра с некоторым «магическим» числом нейтронов — 82 — магнитное поле ядра резко изменилось, и свойства этих очень сложных ядер, по-видимому, определяются всего лишь одним из протонов ядра.
«Новое наблюдение с общим числом нейтронов 82 меняет эту картину ядра. Нам пришлось придумать новые ядерные теории, чтобы объяснить результат», — говорит Вернон.
Движение протонов и нейтронов, вращающихся внутри атомного ядра , создает магнитное поле, эффективно превращая ядро в магнит фемтометрового масштаба (одна квадриллионная часть метра). Понимание того, как ядерный электромагнетизм возникает из лежащих в его основе фундаментальных сил природы, является одной из основных открытых проблем ядерной физики.
Ядерные электромагнитные свойства изотопов индия (ядра с одинаковым атомным номером , но разным числом нейтронов) считаются особенно интригующим примером в природе. Имея 49 протонов и от 60 до 80 нейтронов, электромагнитные свойства изотопов индия, по-видимому, определяются всего одним протоном, независимо от числа четных нейтронов.
«Электромагнитные свойства изотопов индия считаются хрестоматийным примером в нашем понимании структуры ядра», — говорит Гарсия Руис, который возглавляет исследования по лазерной спектроскопии атомов и молекул, содержащих короткоживущие ядра, в лаборатории экзотических молекул и атомов LNS.
Два современных расчета атомного ядра «ab-initio» и «теория функционала плотности» были независимо разработаны сотрудниками для описания экспериментальных результатов. Они показали, что магнитное поле внезапно изменилось, чтобы создать один протон в ядре, когда было достигнуто 82 нейтрона, точно так же, как исследователи и сотрудники Массачусетского технологического института наблюдали в лаборатории.
Работа исследователей описана сегодня в статье в Nature. Он служит важной вехой для ядерной физики, поскольку бросает вызов нашему предыдущему пониманию этих ядер. Более того, детальные расчеты атомного ядра очень сложны, особенно при большом количестве протонов и нейтронов, как в этой работе.
Вернон добавляет: «Редко, когда расчеты могут исследовать атомное ядро с такой детализацией, и это то, что позволило наше наблюдение за этим новым явлением».
Результаты являются важным шагом на пути к микроскопическому пониманию атомного ядра и ядерной силы, не только важным для описания атомных ядер , но также критически важным для понимания астрофизических систем, таких как нейтронные звезды. Их результаты служат важным руководством для уточнения теоретических моделей , которые являются важным вкладом в широкий спектр исследований, таких как поиск темной материи и физика нейтрино.
Теги: нейтрино
