Ученым CERN удалось «поймать за хвост» дважды магические изотопы одного из химических элементов

Насколько нам известно еще из школьного курса физики, ядра атомов состоят всего из двух компонентов, протонов и нейтронов. Однако, даже изменение на единицу количества нейтронов и протонов или их соотношения в ядре атома способно вызвать кардинальные различия химических и физических свойств двух элементов. Более того, существуют так называемые магические числа, которые соответствуют определенному количеству протонов и нейтронов, при котором все нейтрон-протонные оболочки ядра атома оказываются полностью заполненными. В природе существуют и гораздо более редкие дважды магические ядра, которые обладают особенно высокой заключенной в них энергией и, поэтому, являются превосходным материалом для исследований в области ядерной физики.

Установка ISOLDE, вид сверху
© CERN

Не так давно исследователи из Европейской организации ядерных исследований CERN опубликовали результаты исследований в рамках эксперимента ISOLDE. Эти исследования были сосредоточены на изучении самого интересного из дважды магических изотопов — олова-100.

Ядро олова-100 имеет в своем составе 50 нейтронов и 50 протонов. Помимо того, что это изотоп является дважды магическим, он является самым тяжелым из известных изотопов с равным количеством протонов и нейтронов. Благодаря этой особенности ядро олова-100 демонстрирует самый высокоэнергетический вид бета-распада, при котором одним из продуктов распада является позитрон (частица антиматерии, являющаяся антиподом электрона).

Исследования бета-распада олова-100 ведутся уже достаточно давно исследователями из института RIKEN, Япония, и института GSI, Германии. Однако, полученные в ходе этих экспериментов данные носят весьма противоречивый характер и дают разные значения массы изотопа олово-100.

В рамках эксперимента ISOLDE ученым удалось ранее получить ядра изотопов индий-101, индий-100 и индий-99, которые отличаются от ядра олова-100 всего на один протон. Сам изотоп олово-100 является весьма короткоживущим, и его масса может быть вычислена путем измерения массы изотопа индий-100 и измерения количества энергии, выделившейся при бета-распаде олова-100 в индий-100.

Новое специализированное оборудование эксперимента ISOLTRAP позволило ученым определить массу ядра изотопа индий-100 с точностью, в 90 раз превышающей точность любых других подобных измерений. И на основе этих новых уточненных данных ученым удалось вычислить массу ядра олова-100.

Сравнение всех имеющихся в этой области данных показали, что полученные значения энергии бета-распада и массы изотопа олово-100 ближе всего соответствуют результатам, полученных ранее исследователями из института RIKEN. Более того, новые высокоточные значения находятся очень и очень близко от значений, полученных путем теоретических расчетов. И теперь, имея на руках достоверные данные, ученые уже могут начинать планировать очередные эксперименты с участием изотопа олово-100, которые, возможно, позволят им проникнуть гораздо глубже в некоторые тайны и загадки ядерной физики.

Статья опубликована в журнале Nature Physics  
Источник: dailytechinfo.org