Физики обнаружили изотоп азота ⁹N

Группа физиков из США и Китая получила уверенное подтверждение существования изотопа азота ⁹N, в состав которого входят семь протонов и только два нейтрона. В ходе эксперимента пучок ядер ¹³O направлялся на бериллиевую мишень миллиметровой толщины. Продукты столкновений анализировались при помощи массива кремниевых стрип-детекторов высокого разрешения. Статья с результатами эксперимента принята к публикации в Physical Review Letters.

Количество протонов и нейтронов в ядрах атомов определяет некоторые их свойства и стабильность. В частности, теория предсказывает высокую стабильность изотопов с определенным — магическим — числом протонов или нейтронов. Недавно мы писали про обнаружение изотопа кислорода ²⁸О с магическими числами и протонов и нейтронов. Что интересно, этот изотоп кислорода оказался нестабильным, несмотря на предсказание теории. Ядра с высоким дисбалансом количества нейтронов и протонов, напротив, могут иметь экзотические свойства. Например, они могут распадаться из основного состояния с испусканием большого количества протонов. Ранее уже были обнаружены изотопы, которые распадаются с испусканием четырех протонов. Однако изотопа, распадающегося из основного состояния с испусканием пяти протонов, до сих пор обнаружить не удавалось.

Роберт Черити (Robert J. Charity) с коллегами из Мичиганского государственного университета и ряда других институтов провел эксперимент на вторичном пучке ядер ¹³О циклотрона Мичиганского университета. Этот пучок направлялся на бериллиевую мишень толщиной один миллиметр. Далее ученые анализировали фрагменты, образующиеся в результате столкновения ядер ¹³О с мишенью при помощи массива кремниевых стрип-детекторов высокого разрешения (HiRA). В результате ученые получили убедительное указание на существование изотопа азота ⁹N.

Из-за крайне короткого времени жизни ⁹N его существование возможно обнаружить только по продуктам распада: пяти протонам и альфа-частице. Если зарегистрированные частицы действительно были испущены ядром изотопа азота, то их суммарная энергия, зарегистрированная детектором, должна представлять собой резонансную структуру в спектре энергий. Что и получили ученые.

Физики отмечают, что полученная структура формы спектра на уровне практически пяти стандартных отклонений не может быть получена случайными флуктуациями фона. Ученые интерпретируют полученную форму спектра с двумя пиками, как существенное указание на существование изотопа ⁹N. При этом положения пиков соответствуют теоретическому предсказанию положений двух резонансов ⁹N. Однако физики отмечают, что решение с одним резонансным пиком не может быть полностью исключено.

Хотя ⁹N является первым изотопом, который распадается из основного состояния с испусканием сразу пяти протонов, это не первый изотоп с большим дефицитом нейтронов. Например, в 2015 году ученым удалось синтезировать сразу несколько нейтроно-дефицитных изотопов.