«Магичность» никеля-78 доказали двумя разными способами

Ученые из двух исследовательских групп показали, что ядро никеля-78 действительно является «дважды магическим». Для этого физики из одной группы светили на ядра ⁷⁹Cu гамма-лучами, а из другой — измеряли массу ядер изотопов ^75-79Cu. Статьи исследователей одновременно опубликованы в Physical Review Letters.

В ядерной физике важную роль играют так называемые «магические числа» — числа, при которых нейтронная или протонная (или обе сразу) оболочки в атомах оказываются полностью заполненными. Для протонов магическими являются числа Z = 2, 8, 20, 50, 82, 114, 126, для нейтронов — числа N = 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. В атомах с такими числами энергия связи оказывается гораздо больше, чем энергия присоединения еще одного нуклона, поэтому они отличаются большей стабильностью по сравнению со своими «соседями» в таблице нуклидов. Особенно устойчивыми являются дважды магические ядра, в которых одновременно заполнены и протонная, и нейтронная оболочки — например, ядра ¹⁶O или ²⁰⁸Pb.

Однако «магические числа» являются только некоторым приближением к реальности, и в действительности не все ядра с такими числами показывают повышенную стабильность. Например, в некоторых экспериментах ученые наблюдали, что «магичность» чисел Z = 20 и N = 28 исчезает, и они заменяются числами Z = 14, 16 и N = 32, 34 соответственно. Более того, в некоторых случаях возникают «острова инверсии», в которых порядок ядерных оболочек расположен нестандартно, из-за чего их стабильность тоже находится под вопросом. Сейчас внимание исследователей сфокусировано на проверке «магичности» чисел Z = 20, N = 58, которые соответствуют изотопу ⁷⁸Ni. До сих пор этот изотоп не был получен в лаборатории в достаточных для исследования его свойств количествах, поэтому ученым приходится искать обходные пути.

В данных двух работах физики по-разному обошли эту проблему. В первой группе, возглавляемой Луи Оливье (Louis Olivier), ученые исследовали с помощью гамма-спектроскопии ядра ⁷⁹Cu, полученные в результате бомбардировки протонами ядер изотопа ⁸⁰Zn. Одновременно с этим они численно рассчитали предполагаемый спектр с помощью метода Монте-Карло в оболочечной модели ядра ⁷⁹Cu, предполагая, что его можно представить как ядро ⁷⁸Ni с дополнительно добавленным протоном. В случае если никель-78 является «дважды магическим», такое приближение должно хорошо работать, поскольку энергия связи нуклонов в нем должна быть намного больше, чем энергия связи дополнительного протона. И действительно, полученные двумя способами спектры совпали. Из этого авторы сделали вывод, что никель-78 в самом деле является «дважды магическим».

С другой стороны, ученые из CERN под предводительством А. Велкера (A. Welker) исследовали распределение масс богатых нейтронами ядер изотопов меди ^75-79Cu, пойманных в ловушки Пеннинга. Они также численно смоделировали предполагаемое распределение с учетом недавно разработанного способа описания взаимодействия в ядре PFSDG-U и более старого JUN45. Более новый способ лучше описывал экспериментальные данные и указывал на дважды магическую структуру ядра ⁷⁸Ni. Кроме того, авторы отмечают, что полученное ими распределение масс изотопов свидетельствует о существовании нового острова инверсии в диапазоне Z < 28.

Тем не менее, это только косвенные доказательства «магичности» никеля-78. Следующим шагом в доказательстве этого факта было бы прямое измерение массы ядра или его непосредственная гамма-спектроскопия. В настоящее время экспериментально удалось измерить только период полураспада этого элемента, который составил около 120 миллисекунд, что, кстати, тоже может считаться аргументом в пользу «магичности».

Ранее мы писали о том, как физики нашли «пузырек» в центре ядра кремния-34, обладающего магическим числом нейтронов.

Дмитрий Трунин