Недавнее исследование показало, что самый тяжелый стабильный изотоп свинца может быть не таким уж идеальным, как мы думали. Ну и ладно бы, если так. Но неожиданная форма ядра свинца-208 побуждает пересмотреть модели атомных ядер.
Исследование опровергло давнее убеждение, что атомное ядро свинца-208 имеет идеально сферическую форму. Открытие бросает вызов фундаментальным предположениям о структуре ядра и имеет далеко идущие последствия для нашего понимания того, как образуются самые тяжелые элементы во Вселенной.
Если вы попросите меня выбрать самый идеальный нуклид, то это должен быть Pb-208. По крайней мере, так это следует из стандартной модели. Это не только самый тяжелый стабильный нуклид, но и редкий дважды магический нуклид. Физики уже обнаружили, что подобно электронам, протоны и нейтроны в атомных ядрах также собираются в отдельные «оболочки». Соответственно, протоны или нейтроны определенных номеров, таких как 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126, могут образовывать полную оболочечную структуру, похожую на благородные газы, что обеспечивает исключительную стабильность ядра, отсюда и название магические числа.
Например, He-4 (Z=N=2) имеет необычно высокую энергию связи относительно своего атомного номера, поэтому водородные бомбы такие мощные. Ca-40 (Z=N=20) является самым тяжелым стабильным нуклидом с равным количеством протонов и нейтронов. Ni-56 (Z=N=28) является конечной точкой ядерного синтеза звезд.
Несмотря на «магические» эффекты магических чисел, существует не так много стабильных дважды магических нуклидов, потому что большинство комбинаций либо слишком бедны, либо слишком богаты нейтронами. Например, в то время как 28 не намного больше 20, Ca-48 (Z=20, N=28) немного радиоактивен, потому что 28 нейтронов все еще слишком много (тем не менее, распад Ca-48 настолько медленный, что для всех намерений и целей это стабильный нуклид). Чудесным образом комбинация Z=82 и N=126 оказывается довольно близкой к идеальному соотношению нейтронов к протонам, поэтому Pb-208 является четвертым и, безусловно, самым тяжелым стабильным дважды магическим нуклидом.
Согласно оболочечной модели, полная оболочка должна быть идеально сферической. Однако, когда ученые попытались исследовать структуру Pb-208, бомбардируя ядро частицами высокой энергии, они обнаружили, что ядро Pb-208 не идеально сферическое, а слегка вытянутое, как мяч для американского футбола.
Наличие деформированного ядра не является чем-то странным для очень тяжелых элементов, таких как уран и торий. Тяжелые ядра плотно упакованы протонами, которые сильно отталкивают друг друга. Подобно гравитации, такое электростатическое отталкивание следует закону обратных квадратов, но имеет противоположный знак.
В результате, хотя сферическая форма является наиболее стабильной формой для гравитационно-ограниченных объектов, это наименее стабильная форма для атомных ядер, если говорить только об электростатической силе.
Поэтому, как и у более тяжелых элементов, слегка вытянутая форма Pb-208, вероятно, помогает смягчить интенсивное отталкивание внутри ядра. В любом случае, похоже, что Мать-природа не любит идеальный мир и оставила это крошечное несовершенство, как сломанные руки Венеры.
Получается, что не совсем правильно понимается сама идея оболочечной модели. Опять всё нужно преерписывать.
---
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи! Обновления каждый день!