Ученые из ЦЕРНа показали, что теоретическая ядерная физика не описывает наблюдаемые в эксперименте свойства изотопов химических элементов и доказали существование нового дважды магического ядра кальция. Результаты исследований авторы опубликовали в журнале Nature Physics, а кратко о них сообщается на сайте организации.
Физики впервые измерили радиус ядра кальция с 32 нейтронами. Наблюдаемые свойства позволили отнести его к дважды магическим (так называются ядра с определенным количеством нейтронов и протонов, обеспечивающих наибольшую энергию связи и стабильность по сравнению с соседями в таблице нуклидов). Ученые на установке ISOLDE (Isotope Separator On-line), предназначенной для исследования нестабильных изотопов, измеряли ядерные радиусы кальция с 29, 31 и 32 нейтронами. Физики подтвердили, что ядро кальция-52 (с 20 протонами и 32 нейтронами) является дважды магическим и показали, что таким может быть и изотоп кальция-54.
Ранее было известно, что ядра кальция с 20 и 28 нейтронами являются дважды магическими. Ученые подозревали это и в отношении ядра с 32 нейтронами. Для описания свойств атомных ядер используются полуэмпирические модели. Исследования ученых приводят к необходимости пересмотра существующих теорий ядерной физики, описывающих свойства изотопов. В планы ученых входит проведение экспериментов с кальцием-53 и кальцием-54.
Наилучшим способом описывает свойства магических ядер оболочечная модель, предложенная в 1950 году Марией Гепперт-Майер и Хансом Йенсеном. Модель связывает устойчивость атомного ядра с заполнением энергетических уровней оболочек, которые, по аналогии с электронными оболочками атома, образуют ядро. Каждые нуклон и протон в такой модели находятся на определенной оболочке (расстоянии от центра атома или энергетическом уровне) и двигаются независимо друг от друга в некотором самосогласованном поле. Модель хорошо объясняет устойчивость атомных ядер, спины и магнитные моменты, но применима лишь к невозбужденным или легким и средним по массовому числу ядрам.