12 ноября 2019

Ученые подтвердили существование еще одного "нейтронного магического числа"

slideplayer.com Схема ускорителя RI Beam Factory slideplayer.com

Международная группа ученых, в состав которой входили ученые из университета Гонконга, института RIKEN (Япония) и института CEA (Франция), показала, что число 34 является еще одним из ряда "нейтронных магических чисел". При помощи ускорителя RI Beam Factory (RIBF) эти ученые показали, что атомы, имеющие 34 нейтрона, обладают большей стабильностью, чем было принято считать ранее. Предыдущие исследования, выполненные в данном направлении, дали ученым лишь намеки на этот факт, но практическое его подтверждение было получено лишь недавно.

В экспериментах ученые использовали кальций-54, ядро которого состоит из 20 протонов и 34 нейтронов. Результаты этих экспериментов показали, что электронные оболочки, окружающие ядро кальция-54, формируют вокруг него прочную "раковину", такое же встречается только у атомов с полными электронными оболочками, такими, как атомы гелия, неона и т.п., в результате чего эти атомы являются абсолютно химически пассивными.

Ранее считалось, что протоны и нейтроны перемешаны в пределах ядра в беспорядочном состоянии, однако теперь уже известно, что они упорядочиваются и формируют слои. В случае полного заполнения верхнего слоя, что и называется "магическим числом", эти атомы изотопов обладают некоторыми свойствами, отличными от свойств базовых элементов. К примеру, энергия для перевода атома на первый энергетический уровень атома с магическим числом может быть больше энергии, требующейся для этого же для самого обычного атома.

Исследования, проведенные в направлении определения магических чисел, дали ученым в руки ряд значений: 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126. И сейчас этот ряд пополнился еще одним числом - 34.

Первые эксперименты с кальцием-54 были проведены на ускорителе RIBF в 2013 году, показали, что число 34 должно быть "магическим". И во время последнего эксперимента ученые сосредоточились на измерении стабильности атомов с этим числом. Помимо этого, ученые произвели подсчет количества нейтронов в каждом слое ядра кальция-54, аккуратно выбивая эти нейтроны оттуда по одному.

Для того, чтобы сделать все вышеперечисленное, ученые использовали луч, содержащий ионы кальция-54, разогнанный генератором-ускорителем BigRIPS до скорости в 60 процентов от скорости света. Этот луч был сфокусирован на мишени из жидкого водорода, грубо говоря протонов, охлажденных до температуры в 20 Кельвинов. Углы рассеивания и энергия выбиваемых при столкновении с протонами нейтронов позволила ученым привязать эти нейтроны к конкретным местоположениям в слоях атомных ядер.

"Нам впервые удалось продемонстрировать, что все слои в ядрах 54Ca полностью заполнены и 34 нейтрона действительно является "магическим числом"" - пишут исследователи, - "Уже сейчас мы имеем и других кандидатов на дальнейшие магические числа, указывающие на атомы с еще большим количеством нейтронов, 60Ca, к примеру. Все это уже находится в пределах возможностей оборудования RIBF, и в скором будущем ряд магических чисел может пополниться одним или несколькими новыми членами".