Європейська команда дослідників у Женевському центрі ядерних досліджень ЦЕРН розробила шкалу для вимірювання екзотичних атомних ядер і визначила маси двох короткоживучих ізотопів кальцію. У майбутньому це дасть можливість краще моделювати синтез важких елементів в наднових. Крім того, дослідники сподіваються визначити нові "магічні" числа в таблиці нуклідів у ядерній фізиці.
Менш ніж 300 з майже 3000 відомих ядер є стабільними. Особливо захоплюються фізики "магічними" нуклідами, які складаються з характерного числа протонів або нейтронів, що робить їх надзвичайно стабільним. Нуклони в атомному ядрі кисню з восьми протонів і восьми нейтронів тісніше пов'язані, ніж, наприклад, в атомних ядрах з семи чи дев'яти нейтронів. Фізики пояснюють це тим, що нуклони в ядрі кисню вибудувані в закриті "оболонки" – як й електрони в оболонках атомів благородних газів.
Досі фізики визначили сім магічних чисел: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Попередні експерименти доводили, що нейтрони числа 32 також могли бути стати чарівним, - пише європейська дослідницька група на чолі з провідним автором Френком Вінгольцом з Університету Грайфсвальда. Інші дослідження показали, що магічні числа деяких ізотопів зміщуються, коли ці ізотопи містять особливо багато нейтронів.
Кальцій є ідеальним елементом для вивчення цього ефекту. Сріблясто-білий метал з 20 протонами підходть для утворення замкненої оболонки. Порівнюючи ізотопи кальцію з різним числом нейтронів, можна вивчити їх взаємодію – і відповісти на запитання, скільки з них потрібно, щоб утворити замкнену оболонку.
Виміри з кальцієм-51 і кальцієм-52, проведені впродовж останнього року, доводять, що з числом 32 нейтронова оболонка замикається. Нове дослідження підтверджує припущення, – пише Європейська дослідницька група: фізики-ядерники з дармштадтського Центру дослідження важких іонів імені Гельмгольца (GSI), гайдельберзького Інституту ядерної фізики Макса Планка, Університету Грайфсвальда і з технічних університетів Дармштадта та Дрездена.
Науковці визначили маси короткоживучих ізотопів кальцію-53 і кальцію-54-й. Для структури з рухливою вагою спочатку це було неможливим: зазвичай фізики аналізують масу атомних ядер з використанням так званих пасток Пеннінга – вони виділяють заряджені частинки в сильному магнітному полі, після чого воно здійснює характерні кругові рухи, частота яких пропорційна до відношення маси і заряду частинки.
Ізотоп кальцію-53 і кальцію-54 мають період напіврозпаду 461 та 90 мілісекунд відповідно. і до того ж можуть вироблятися тільки в дуже невеликих кількостях. Таким чином, дослідники розробили новий метод вимірювання: У Женевському протонному синхротроні PSB вони продукували рідкісні атомні ядра, розщеплюючи карбіди урану. Вони виловлювали їх за допомогою двох електростатичних "дзеркал". На ці пастки, встановлені на мас-спектрометр ІЗОЛЬДА, відкладалися короткоживучі атомні ядра, які загалом утворили відрізок кілька кілометрів, при цьому точний час польоту залежав від маси частинок.
Результати підтвердили, що справді оболонка з 32 нейтронами кальцію стає стійкою, - пишуть автори. Олександра Гаде з Національної лабораторії надпровідного циклотрона хвалить розроблений метод: «ви, ймовірно, будете зразком для інших лабораторій при вимірюванні маси надзвичайно короткоживучих ізотопів».
27.06.2013