Атомное ядро было открыто более века назад, но вопросов о силе, удерживающей составляющие его протоны и нейтроны, и о том, как эти частицы упакованы в ядре, остается много. В классической модели протоны и нейтроны располагаются в оболочках с возрастающей энергией, а полностью заполненные внешние оболочки протонов или нейтронов приводят к образованию особенно стабильных ядер. Но эта модель работает только для ядер с правильным соотношением протонов и нейтронов. В противном случае модель работать перестает.

40-нейтронный остров инверсии — один из немногих небольших островов необычных ядер в море преимущественно «нормальных» ядер на богатом нейтронами краю карты атомного ядра. В этих островных областях обычный порядок заполнения ядерных оболочек нарушается, и нейтроны занимают оболочки не так, как обычно. Такие ядра приобретают необычную форму и свойства.

Чтобы исследовать остров инверсии с 40 нейтронами, ученые использовали ISOLDE — уникальную установку для получения и изучения нестабильных ядер. Они создали и исследовали малоизученное ядро хрома-61, у которого 24 протона и 37 нейтронов. Оно находится прямо на западном берегу острова инверсии, сообщает сайт ЦЕРН.

Используя измерения, полученные с помощью установки коллинеарной резонансной ионизационной спектроскопии (CRIS), которая позволяет с высокой точностью изучать ядра с избыточным числом нейтронов, исследователи определили два свойства хрома-61: спин и магнитный дипольный момент.

В сочетании с теоретическими расчетами эти измерения показали, что конфигурация заполнения оболочки хрома-61 находится между ожидаемой для ядер, расположенных за пределами 40-нейтронного острова инверсии, и ожидаемой для ядер, находящихся внутри него. Таким образом, можно четко определить западную границу 40-нейтронного острова инверсии.

«Наша конечная цель — понять, как в ядерном ландшафте возникает и эволюционирует ядерная структура, — сказал Луи Лаланн. — Острова инверсии важны, поскольку представляют собой области быстрой эволюции, бросающие вызов нашему пониманию. Полученный результат помогает нам построить более четкую картину механизма этой эволюции».

Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов, частиц, существующих в результате взаимодействия кварков при помощи глюонов. Казалось бы, воспроизвести в эксперименте все свойства нуклонов, используя только кварки и глюоны, не сложно. Однако физики добились в этом успеха недавно.