Физики раскрыли загадку ядерных «магических чисел»

Ученым удалось математически объяснить, почему определённые числа протонов и нейтронов в ядре атома, такие как 50 и 82, обеспечивают его необычайную стабильность.

Загадка так называемых «магических чисел» в ядерной физике, которые обеспечивают особую стабильность атомных ядер, наконец-то получила объяснение, сообщает New Scientist.

Почти 80 лет назад физик Мария Гёпперт-Майер обнаружила: если ядро атома содержит определённое число протонов и нейтронов – например, 50 или 82, – оно становится исключительно устойчивым. С тех пор ученые находили новые такие «магические числа», которые объясняют появление самых стабильных и распространённых элементов во Вселенной.

Гёпперт-Майер и её современники объясняли этот феномен так называемой оболочечной моделью: каждый протон или нейтрон в ядре занимает свой строго определённый энергетический уровень. Однако современные квантовые теории показывают, что частицы в ядре сильно взаимодействуют друг с другом, что не учитывается в классической оболочечной модели.

Группа ученых под руководством Цзяньмина Яо из Университета Сунь Ятсена (Китай) впервые применила расчёты «с первого принципа», чтобы подробно описать, как именно взаимодействуют элементы ядра, как они объединяются и какие энергетические связи между ними. По словам Яо, их подход позволил связать представления с низким и высоким «разрешением» – словно рассматривать ядро под математическим микроскопом разной мощности.

В ходе расчетов учёные увидели, что по мере снижения точности описания симметрия квантовых состояний меняется – и именно при «магических» числах структура становится максимально устойчивой. Жан-Поль Эбран из Французской комиссии по альтернативным энергиям и атомной энергии считает, что эта работа даёт теоретический инструмент, который позволяет по-новому взглянуть на эксперименты, подтверждая: «Природа выглядит по-разному в зависимости от того, с какой детализацией мы её изучаем».

Исследование уже протестировано на особом изотопе олова – он называется «дважды магическим» (50 протонов и 82 нейтрона), а также на нескольких других ядрах. Теперь команда планирует распространить работу на более тяжелые и нестабильные атомные ядра, чтобы понять, как они формируются при взрывах звёзд или слиянии нейтронных звёзд.

Как писала газета ВЗГЛЯД, ранее российские ученые увеличили плотность пучка ионов в коллайдере NICA в шесть раз.