Фізики відкрили новий ізотоп натрій-39

Команді фізиків вдалося відкрити новий — і найважчий з відомих для натрію — ізотоп натрій-39. За два дні експериментів вчені реєстрували новий ізотоп із рекордною кількістю нейтронів дев'ять разів, що говорить про достовірність відкриття. А їхні результати допоможуть краще зрозуміти ядерну структуру та сильну ядерну взаємодію. Робота опублікована у журналі Physical Review Letters.

Сепаратор BigRIPS на акселераторі частинок RIBF, завдяки якому вчені відшукали новий ізотоп. Nishina Center for Accelerator-Based Science

Сепаратор BigRIPS на акселераторі частинок RIBF, завдяки якому вчені відшукали новий ізотоп. Nishina Center for Accelerator-Based Science

Навіщо фізикам новий ізотоп?

Атомні ядра складаються з нейтронів і протонів, яких тримає разом одна з чотирьох фундаментальних взаємодій — сильна. Кількість протонів у ядрі атома визначає його атомний номер Z та порядкове місце хімічного елемента в періодичній системі хімічних елементів. За кількістю ж нейтронів (N) можна виділяти різні ізотопи одного і того самого хімічного елементу. За даними центру ядерних даних Брукгейвенської національної лабораторії, сьогодні відомо близько 3 339 як природних, так і отриманих в лабораторії, ізотопів. Втім, всього близько трьохсот з них є стабільними — такими, що можуть існувати довгий час.

І власне пошук межі, за якою атомні ядра розпадаються (nuclear drip line), є важливою частиною нашого розуміння стабільності ядер з екстремальним співвідношенням нейтронів до протонів та сильної взаємодії загалом. І команда вчених з японського інституту RIKEN спільно з німецькими та американськими колегами зробили свій внесок та повідомили про відкриття найважчого з відомих ізотопу натрію — натрій-39.

Діаграма нуклідів Сегре, де зображені ізотопи елементів від азоту до фосфору. APS / Alan Stonebraker

Діаграма нуклідів Сегре, де зображені ізотопи елементів від азоту до фосфору. APS / Alan Stonebraker

Де шукати нові ізотопи?

Найбагатше нейтронами ядро натрію дослідники отримали на установці RIBF в інституті RIKEN, на якій направляли на 20-міліметрову в товщину берилієву мішень пучок іонів кальцію-48 з енергією у 16 гігаелектронвольт на швидкості 3×10¹² ядер на секунду. Отримані в ході зіткнення нукліди потрапляли у сепаратор, що за зарядом і співвідношенням маси до заряду частинок виокремлював найтрій-39, на який і націлювалися фізики.

За два дні експериментів, під час яких з мішенню з берилію зіткнулося 5×10¹⁷ ядер кальцію-48, вчені зареєстрували натрій-39 дев'ять разів, що підтверджує відкриття нового ізотопа та говорить про стабільність частинки. При цьому подій появи ізотопів неону з великою кількістю нейтронів, таких як неон-35 і неон-36, не спостерігалося, що узгоджується з нестабільністю їхніх ядер та дозволяє вченим упевнитися в тому, що межа стабільності для цього елемента обмежується ізотопом неон-34.

Зареєстровані фізиками події виявлення частинок на діаграмі заряд-відношення маси до заряду. D. S. Ahn et al. / Physical Review Letters, 2022

Зареєстровані фізиками події виявлення частинок на діаграмі заряд-відношення маси до заряду. D. S. Ahn et al. / Physical Review Letters, 2022

Що значить відкриття?

Відкритий ізотоп, застерігають вчені, не є суворим експериментальним доказом тому, що натрій-39 лежить на межі ядерної стабільності — довести це зможуть лише експерименти з пошуку натрію-41. Однак відкриття цього ізотопу дає можливість наблизитися до межі, що допоможе перевірити теорії ядерної стабільності та базової структури ядер.

Також раніше ми розповідали новий ізотоп магнію, магній-18, змусив фізиків засумніватися в умовах магічності його ядер.

Оновлено о 9.45 21.11: Спершу ми написали, що подій появи ізотопів натрій-35 і натрій-36 не спостерігалося в ході експериментів, однак результати вчених стосуються ізотопів неону - неон-35 і неон-36