Международная команда ученых из 12 организаий 6 стран, в том числе из Университета Суррея (Великобритания) впервые получила прямые доказательства существования редких пульсирующих структур в атомных ядрах гадолиния-150. Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, открывает новое окно в квантовый мир и может повлиять на технологии будущего.
Гадолиний-150 — это радиоактивный изотоп редкоземельного металла гадолиния. Он встречается в природе в крайне малых количествах, но важен для науки и технологий.
Его используют в сверхпроводниках, которые проводят электричество без потерь — представьте провода, где энергия не тратится впустую; в ядерной энергетике, чтобы контролировать реакции в реакторах; в медицине, как контрастное вещество для МРТ, помогая врачам четче видеть органы.
Речь идет о так называемых октупольных возбуждениях. Атомное ядро — это крошечный «шарик» из протонов и нейтронов. Обычно он круглый или слегка вытянутый, но в гадолинии-150 ученые обнаружили, что ядро пульсирует и принимает форму, похожую на грушу. Это происходит из-за синхронных «танцев» частиц внутри ядра — они колеблются так, что ядро становится асимметричным.
Ядра атомов слишком малы, чтобы разглядеть их даже под самым мощным микроскопом. Вместо этого ученые измерили гамма-излучение — радиацию, которую ядро испускает, когда «успокаивается» после таких колебаний. Это можно сравнить с эхо: по звуку можно понять форму комнаты, а по гамма-излучению — форму ядра. В этом случае высокоточные приборы зафиксировали характерные «отпечатки» грушевидных структур в гадолинии-150.
Ученые говорят, что это открытие — как «фемтоскоп» (сверхточный «микроскоп» для ядер), который показывает, как устроена материя на уровне атомов. Чтобы проверить теорию, физики протестировали пять современных моделей строения ядер. Результаты показали, какая из них лучше объясняет такие необычные формы.
Профессор Патрик Реган, один из руководителей исследования, отметил:
«Это так здорово — иметь возможность "видеть" формы этих мельчайших квантовых объектов, понимание этих структур может помочь создать новые материалы, например, для сверхпроводников или ядерной энергетики».