Розкриття Загадок Всесвіту: нове “магічне Число” в ядрі кремнію

Вчені зробили прорив, який може перевернути наше уявлення про фундаментальні закони ядерної фізики. Відкриття, зроблені дослідниками Інституту сучасної фізики (ІМП) Китайської Академії наук, стосуються вивчення кремнію-22, іонічного ядра, що володіє дивовижними властивостями, що підтверджують існування нового “магічного числа” протонів. Цей прорив-немов ключ до розуміння структури самих екзотичних атомів у Всесвіті і сил, що утримують ядра разом.

Що таке “магічні Числа” і чому вони важливі?

У величезному і складному світі атомних ядер “магічні числа” грають виняткову роль. Це певна кількість протонів або нейтронів, при яких ядро стає особливо стабільним. Уявіть структуру ядра як шари, що оточують ядро. Коли кількість протонів або нейтронів досягає певних значень, шари заповнюються, створюючи підвищену стійкість. Виявлення і вивчення цих “магічних” конфігурацій – як розгадування секретів самої природи.

Усталені числа і незвідані горизонти

Протягом десятиліть вчені знали про існування магічних чисел, пов’язаних зі стабільними і довговічними ізотопами. Однак, поведінка вкрай нестабільних, швидко розпадаються ізотопів залишалося для них загадкою. Вивчення цих швидкоплинних форм матерії відкриває вікно в екстремальні умови, в яких існують ядра, і дозволяє зрозуміти, як формувалися елементи у Всесвіті.

Кремній-22: Екзотичний гість зі світу радіоактивних ізотопів

Недавнє дослідження, опубліковане в журналіPhysical Review Letters, фокусується на вивченні кремнію-22 – ізотопу, що володіє унікальним поєднанням властивостей. Це ядро, позбавлене нейтронів, виявилося ідеальним кандидатом для перевірки теоретичних прогнозів про” магічні ” числа протонів. Після безпрецедентних вимірювань маси кремнію-22, проведених вченими IMP, стало ясно: число протонів, Рівне 14, демонструє поведінку, характерне для “магічного” числа.

Модель оболонки: основа нашого розуміння

Щоб зрозуміти значущість цього відкриття, необхідно звернутися до моделі оболонки, розробленої Марією Гепперт Майер і Й. Гансом Д. Йенсеном. За цю роботу вони отримали Нобелівську премію з фізики в 1963 році. Модель оболонки пояснює, як протони та нейтрони організовуються всередині ядра, утворюючи шари, подібно до електронів, що обертаються навколо атомного ядра. Коли певний шар заповнений, ядро стає більш стабільним.

Експериментальне Підтвердження: Вдосконалена Мас-Спектроскопія

Для проведення вимірювань, що вимагають неймовірної точності, дослідники використовували вдосконалену ізохронну мас-спектроскопію з використанням методу Bp. Вони виміряли масу кремнію – 22 в його основному стані, використовуючи охолоджувальне кільце-накопичувач дослідницького центру важких іонів в Ланьчжоу. Цей метод дозволив не тільки отримати точні дані про масу, але і майже в сім разів підвищити точність вимірювання маси кремнію-23, отриманого раніше.

Результати, Що Змінюють Парадигму

Отримані результати виявилися вражаючими. Вони показали, що кремній-22 має позитивну енергію поділу двох протонів, що означає, що ядро не втрачає їх спонтанно. Це підтверджує статус ядра “крапельної форми” без двопротонної радіоактивності – давнє питання, яке довгий час залишалося без відповіді в ядерній фізиці. Використовуючи нове значення маси, команда розрахувала енергію спарювання протонів кремнію-22 і порівняла її з енергією спарювання нейтронів кисню-22 – дзеркального ядра. Аналіз виявив нове магічне число протона-14.

Симетрія і невеликі порушення

Хоча кремній – 22 і кисень-22 мають подвійні магічні властивості, схожі між собою, дослідження виявило незначне порушення симетрії. Розподіл протонів у кремнії-22 виявився більш розмитим порівняно з розподілом нейтронів у кисні-22. Це відкриває нові питання про фундаментальні взаємодії всередині ядра.

Погляд у майбутнє: Нові Горизонти досліджень

Відкриття” магічного числа ” Z = 14 у кремнії-22 – це не просто підтвердження теоретичних прогнозів. Це ключ до глибшого розуміння структури екзотичних ядер, взаємодій нуклонів та існування надзвичайно екзотичних ядер. Цей прорив надихає вчених на нові дослідження, спрямовані на розкриття таємниць Всесвіту і розширення наших знань про фундаментальні закони природи.

Посилання:“Магічна сила Z = 14, виявлена за масою ядра протонної краплі Si22”, автори: Ю.М. Сін, Ю. Ф. Луо, Ю. Х. Чжан, м. Ван, Х. Х. Чжоу, Дж. Г. Лі, К. Х. Лі, К. Юань, Ю. Ф. Ніу, Дж. Ю. Го, Дж. С. Пей., Ф. Р. Сюй, Г. де Анджеліс, ю.а. Литвинов, К. Блаум, і. Таніхата, т. Ямагучі, Ю. Ю., Х. Чжоу, Х. С. Сюй, з. Ю. Чен, р. Дж. Чень, Х. Ю. Ден, К. Ю. Фу, В.В. Ге, В. Дж. Хуан, Х. Ю. Цзяо, Х. Ф. Лі, Т. Ляо, Дж. Ю. Ши, М. Сі, М. З. Сун, П. Шуай, Х.Л. Ту, К. Ван, Х. Сю, Х. Л. Ян, Ю. Дж. Юань та м. Чжан, 2 липня 2025 р., Physical Review Letters.

DOI:10.1103/ffwt-n7yc

Робота була виконана за підтримки Національної програми ключових досліджень і розробок Китаю, програми стратегічних пріоритетних досліджень CAS та Асоціації сприяння молодіжним інноваціям CAS.