6743 подписчика

Прошло исследование: физики МГУ изучили структуру атомного ядра

23 января23 янв

2 мин

Международная группа физиков, включая исследователей НИИЯФ МГУ, провела в лаборатории Томаса Джефферсона эксперимент, позволивший по-новому взглянуть на структуру атомных ядер. Учёные наблюдали, как электроны выбивают из ядра протоны и нейтроны, и измеряли импульсы этих частиц до их выбивания. Результаты, опубликованные 20 февраля в Nature, показали: нуклоны с высокими импульсами формируют в ядре коррелированные пары «протон–нейтрон». Такой вывод не согласуется с привычной оболочечной моделью, на которой долго основывались представления о строении ядер. Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов, которые принято объединять под термином «нуклоны», поскольку ядерное взаимодействие не зависит от их электрического заряда. Долгое время считалось, что свойства нуклонов в ядре совпадают со свойствами свободных частиц. Однако последние исследования показывают, что это не так: стабильный свободный протон может существовать дольше возрастa Вселенной, тогда как нейтрон вне ядра живёт менее четв

Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов, которые принято объединять под термином «нуклоны», поскольку ядерное взаимодействие не зависит от их электрического заряда. Долгое время считалось, что свойства нуклонов в ядре совпадают со свойствами свободных частиц. Однако последние исследования показывают, что это не так: стабильный свободный протон может существовать дольше возрастa Вселенной, тогда как нейтрон вне ядра живёт менее четверти часа. Различия определяются их кварковым составом — и именно эта внутренняя структура должна учитываться при описании ядерной материи.

Для детального анализа структуры ядер была создана международная коллаборация CLAS, в которую входят 43 организации из девяти стран, включая НИИЯФ МГУ и ИТЭФ. Новый эксперимент в США стал продолжением этих исследований. В пересказе Бориса Ишханова, главного научного сотрудника НИИЯФ МГУ, отмечается, что в ядрах свинца и углерода число высокоимпульсных протонов и нейтронов оказалось одинаковым, хотя количество низкоимпульсных частиц отличалось, как и предсказывалось исходя из их общего числа. Такой результат указывает, что нуклоны с большими импульсами объединяются в пары, что меняет понимание внутренней зоны ядра и подталкивает к новым исследованиям влияния кварков на поведение ядерной материи.

Учёные подчёркивают, что классические модели ядра — капельная и оболочечная — хорошо описывали лишь часть наблюдений. Капельная модель объясняла энергию связи, но не охватывала квантовые свойства ядер. Оболочечная могла описывать некоторые закономерности, но в силу своих ограничений оставалась полуэмпирической. Новые данные из JLAB показывают, что внутренняя структура нуклонов начинает проявляться при их сильном сближении в ядре — и это требует пересмотра теоретических подходов.

Дополнительные измерения, выполненные с использованием рассеяния электронов на ядрах углерода, алюминия, железа и свинца, подтвердили: при изучении атомных ядер необходимо учитывать кварковую природу протонов и нейтронов. Работа коллаборации CLAS расширяет понимание того, как нуклоны взаимодействуют друг с другом, и помогает уточнить современные модели ядра, делая их ближе к реальным квантовым процессам.