Протоны и нейтроны внутри атомного ядра обладают оболочечной структурой, подобной электронам в атоме. Для естественно стабильных ядер эти ядерные оболочки полностью заполняются, когда количество протонов или количество нейтронов равно «магическим» числам 2, 8, 20, 28, 50, 82 или 126.Однако недавно было показано, что традиционные магические числа, которые когда-то считались надежными и общими для всех ядер, на самом деле могут изменяться в нестабильных радиоактивных ядрах, которые имеют большой дисбаланс протонов и нейтронов.
В текущем исследовании, возглавляемом Дэвидом Степпенбеком из Центра ядерных исследований Токийского университета, группа исследователей сосредоточилась на 54Ca, ядре которого 20 протонов и 34 нейтрона. Они смогли изучить это ядро благодаря фабрике радиоактивных изотопных пучков (RIBF) в RIKEN, которая производит радиоактивные пучки самой высокой интенсивности, доступные в мире.В их эксперименте радиоактивный пучок, состоящий из ядер скандия-55 и титана-56, движущихся со скоростью примерно 60% от скорости света, был выбран и очищен сепаратором фрагментов BigRIPS, входящим в состав RIBF.
Радиоактивный луч фокусировался на реакционную мишень из бериллия. Внутри этой мишени произошла фрагментация ядер 55Sc и 56Ti, в результате чего образовалось множество новых радиоактивных ядер, некоторые из которых находились в возбужденном состоянии. Исследователи измерили энергию γ-квантов, испускаемых из возбужденных состояний радиоактивных ядер, с помощью массива из 186 детекторов, окружающих реакционную мишень.Результаты эксперимента показывают, что первое возбужденное состояние 54Ca находится при относительно высокой энергии, которая характерна для большого промежутка ядерной оболочки, что указывает на то, что N = 34 в 54Ca является новым магическим числом, как теоретически предсказал Токийский университет. группа в 2001 году.
Проведя более подробное сравнение с ядерной теорией, исследователи смогли показать, что магическое число N = 34 столь же важно, как и некоторые другие промежутки в ядерной оболочке.«Наше новое измерение предоставляет ключевые данные для понимания ядер, богатых нейтронами, и поможет определить учет ядерных сил в системах, далеких от стабильности», — объясняет Дэвид Степпенбек.
«Обогащение наших знаний о структурах очень нестабильных ядер и нуклон-нуклонных силах, которые управляют эволюцией ядерной оболочки и появлением или исчезновением ядерных магических чисел в радиоактивных ядрах, играет важную роль в понимании астрофизических процессов, таких как нуклеосинтез в звездах», он добавляет.