Dokonale vyvážený atom porušil jedno z největších pravidel jaderné fyziky

Foto: AI/ScienceDaily

Objev nové ‚Ostrovy inverze‘ v molybdenu-84

Fyzici objevili skrytý ‚Ostrov inverze‘ v molybdenu-84, což odhaluje, že i dokonale vyvážená jádra mohou náhle přejít do exotických tvarů. Tento objev zpochybňuje dlouholetou víru, že tyto zvláštní oblasti existují pouze v izotopech bohatých na neutrony. Molybden-84 se chová dramaticky odlišně od svého blízkého souseda molybdenu-86, přestože se liší pouze dvěma neutrony.

Autor původního článku: redakce

Studium vzácných izotopů molybdenu

Nová studie mezinárodního výzkumného týmu odhalila něco nečekaného. Vědci z Centra pro studium exotických jader, Institute for Basic Science, University of Padova, Michigan State University, University of Strasbourg a několika dalších institucí identifikovali Ostrov inverze na místě, kde to nikdo nečekal. Místo aby se objevil v jádrech bohatých na neutrony, nově objevená oblast existuje v jedné z nejsymetričtějších částí jaderného diagramu, kde je počet protonů a neutronů stejný.

Výzkumníci se zaměřili na dva izotopy molybdenu: molybden-84 (Z = N = 42) a molybden-86 (Z = 42, N = 44). Oba leží podél linie N = Z, což je v jaderné fyzice obzvláště důležité. Tyto izotopy jsou však extrémně obtížné studovat, protože je náročné je vytvořit v laboratorních experimentech. Pomocí vzácných izotopových paprsků na Michigan State University a vysoce citlivých detektorů gama záření tým měřil životnosti excitovaných jaderných stavů s přesností na úrovni pikosekund.

Gama záření odhaluje jadernou strukturu

Vydané gama záření bylo detekováno pomocí GRETINA, vysoce rozlišeného germanium detektorového pole schopného sledovat jednotlivé interakce gama záření. Vědci také použili TRIPLEX, přístroj navržený k měření extrémně krátkých životností trvajících pouze biliontiny sekundy. Výzkumníci porovnali měření s GEANT4 Monte Carlo simulacemi, což jim umožnilo určit životnosti prvních excitovaných jaderných stavů a odhadnout, jak moc byla jádra deformována od sférického tvaru.

Dramatický rozdíl mezi Mo-84 a Mo-86

Výsledky ukázaly výrazný kontrast mezi těmito dvěma izotopy. Přestože se Mo-84 a Mo-86 liší pouze dvěma neutrony, jejich chování je velmi odlišné. Mo-84 vykazuje neobvykle velké množství kolektivního pohybu, což znamená, že mnoho protonů a neutronů se pohybuje společně přes hlavní skořepinovou mezeru. Jaderní fyzici popisují tento jev jako ‚excitaci částic-děr‘. V tomto procesu některé nukleony skáčou do vyšších energetických orbitálů, stávají se částicemi, zatímco zanechávají prázdná místa, nebo díry, v nižších energetických orbitálech.

Podrobné teoretické výpočty pomohly vysvětlit, proč se tyto dva izotopy chovají tak odlišně. V Mo-84 procházejí protony a neutrony velmi velkými současnými excitacemi částic-děr. Ve skutečnosti jádro efektivně prožívá přeskupení 8-částic-8-děr. Tato rozsáhlá reorganizace produkuje vysoce deformovaný jaderný tvar. Efekt vzniká z interakce mezi symetrií proton-neutron a zúžením skořepinové mezery při N = Z = 40.

Nový typ Ostrova inverze

Mo-86 se chová zcela jinak. Vykazuje skromnější 4p-4h excitace a proto zůstává mnohem méně deformovaný. Výsledky ukazují, že Mo-84 se nachází uvnitř nově identifikovaného ‚Ostrova inverze‘, zatímco Mo-86 leží mimo tuto oblast. Tento nově objevený ‚Izospin-symetrický Ostrov inverze‘ v jádru N = Z Mo-84 představuje první známý příklad Ostrova inverze v systému symetrickém na protony a neutrony. Objev zpochybňuje dlouhodobé předpoklady o tom, kde se tyto neobvyklé jaderné oblasti mohou tvořit a nabízí nový pohled na základní síly, které drží atomová jádra pohromadě.