Физики обнаружили протонное облако в новых атомных ядрах.
Атомное ядро представляет собой центральную часть атома, состоящую из протонов и нейтронов. Гало — это уникальная особенность организации атомного ядра, при которой один или несколько протонов или нейтронов связаны с ядром так слабо, что располагаются на значительном расстоянии от центра, создавая своеобразное «облако». Радиус таких ядер значительно превышает радиусы ядер с аналогичным протонно-нейтронным составом.
Исследователи обычно наблюдают гало у слабосвязанных ядер, находящихся вблизи капельной линии — границы, за которой протоны не могут больше удерживаться в ядре и «вытекают» наружу.
Нейтронные гало наблюдаются чаще, чем протонные, поскольку протонные образуются реже из-за кулоновского отталкивания между положительно заряженными протонами.
Международная группа ученых впервые измерила массы экзотических ядер изотопов кремния, фосфора, серы и аргона — 23Si, 26P, 27,28S и 31Ar. Исследователи использовали метод изохронной масс-спектрометрии (Bρ-defined IMS), который позволяет измерять массы ядер по времени и траектории их полета в магнитном кольце-хранилище. Ученым удалось значительно повысить точность определения массы серы-28 — в 11 раз. Собранные данные позволили уточнить положение протонной капельной линии для алюминия, фосфора, серы и аргона.
На основе измерений массы ядер ученые вывели физическую величину — разницу энергий зеркальных ядер (mirror energy differences). Она может стать широко используемым индикатором существования протонного гало. Результаты экспериментов также показали нарушения изоспиновой симметрии у ядер, находящихся вблизи протонной капельной линии. Теоретические расчеты подтвердили, что это связано с наличием протонного гало.
Исследование подтвердило наличие протонного гало у ядер фосфора-26, фосфора-27, серы-27 и серы-28, а также предполагает, что аргон-31 может представлять собой новое ядро с двойным протонным гало. Одновременно было установлено, что основное состояние алюминия-22 не имеет гало-структуры. Работа опубликована в Physical Review Letters.
Эти выводы будут способствовать дальнейшему изучению экзотических ядер и углублению понимания процессов, происходящих в нестабильных ядрах. Авторы предполагают, что разница энергий зеркальных ядер может стать чувствительным индикатором для обнаружения нарушений изоспиновой симметрии и выявления протонных гало-структур.