Исследователи из Института современной физики Китайской академии наук (IMP) вместе с коллегами из Японии, Германии и Италии впервые провели точные измерения масс нескольких экзотических атомных ядер. Полученные данные позволили определить протонную капельную линию для алюминия, фосфора, серы и аргона, а также предложить новый подход к изучению протонных гало-структур.
Атомное ядро — центральная часть атома, система, состоящая из протонов и нейтронов. Гало — это особенность организации атомного ядра, при которой один или несколько протонов или нейтронов так слабо связаны с ядром, что находятся на значительном расстоянии от центра, образуя своеобразное «облако». Радиус таких ядер значительно превышает радиусы близких по протонно-нейтронному составу ядер.
Ученые обычно наблюдают гало у слабосвязанных ядер, расположенных вблизи капельной линии — границы устойчивости атомных ядер, за которой протоны не могут больше удерживаться в ядре и «вытекают» наружу.
Ученые чаще могут наблюдать нейтронные гало, чем протонные, поскольку протонный вариант образуется реже из-за кулоновского отталкивания между положительно заряженными протонами.
Международная команда исследователей впервые измерила массы экзотических ядер изотопов кремния, фосфора, серы и аргона — 23Si, 26P, 27,28S и 31Ar. Ученые использовали метод изохронной масс-спектрометрии (Bρ-defined IMS), измеряющий массы ядер через время и траекторию полета ядра по магнитному кольцу-хранилищу. Им удалось значительно улучшить точность определения массы серы-28 — в 11 раз. Собранные данные позволили уточнить положение протонной капельной линии для алюминия, фосфора, серы и аргона.
Ученые вывели на основе измерений массы ядер физическую величину — разницу энергий зеркальных ядер (mirror energy differences). Она может стать широкоиспользуемым индикатором существования протонного гало. Также результаты экспериментов показали нарушения изоспиновой симметрии у ядер, находящихся рядом с протонной капельной линией. Теоретические расчеты подтвердили, что это связано с существованием протонного гало.
Исследование подтвердило наличие протонного гало у ядер фосфора-26, фосора-27, серы-27 и серы-28, а также предположило, что аргон-31 может быть новым ядром с двойным протонным гало. Одновременно установлено, что основное состояние алюминия-22 не имеет гало-структуры. Работа опубликована в Physical Review Letters.
Эти выводы помогут в дальнейшем изучении экзотических ядер и углубят понимание процессов, происходящих в нестабильных ядрах. Авторы предполагают, что разница энергий зеркальных ядер может стать чувствительным индикатором для обнаружения нарушений изоспиновой симметрии и выявления протонных гало-структур.